Effect of Subthalamic Stimulation on Voice and Speech in Parkinson’s Disease: For the Better or Worse?

Abstract

Background: Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus, although highly effective for the treatment of motor impairment in Parkinson’s disease (PD), can induce speech deterioration in a subgroup of patients. The aim of the current study was to survey (1) if there are distinctive stimulation effects on the different parameters of voice and speech and (2) if there is a special pattern of preexisting speech abnormalities indicating a risk for further worsening under stimulation.Methods: N = 38 patients with PD had to perform a speech test without medication with stimulation ON (StimON) and stimulation OFF (StimOFF). Speech samples were analyzed: (1) according to a four-dimensional perceptual speech score and (2) by acoustic analysis to obtain quantifiable measures of distinctive speech parameters.Results: Quality of voice was ameliorated with StimON, and there were trends of increased loudness and better pitch variability. N = 8 patients featured a deterioration of speech with StimON, caused by worsening of articulation or/and fluency. These patients already had more severe overall speech impairment with characteristic features of articulatory slurring and articulatory acceleration under StimOFF condition.Conclusion: The influence of subthalamic StimON Parkinsonian speech differs considerably between individual patients, however, there is a trend to amelioration of voice quality and prosody. Patients with stimulation-associated speech deterioration featured higher overall speech impairment and showed a distinctive pattern of articulatory abnormalities at baseline. Further investigations to confirm these preliminary findings are necessary to allow neurologists to pre-surgically estimate the individual risk of deterioration of speech under stimulation.

Deep brain stimulation for vocal tremor: a comprehensive, multidisciplinary methodology

“…PD-related voice disorders affect between 70% and 90% of PD patients and manifest as hypokinetic dysar-throphonia, which is characterized by alterations in verbal communication, including hoarse voice, hypophonia, slurring together of syllables, and speech hesitation. 38 While many studies exist in the literature reporting improvement in specific parameters of vocal measures in PD patients following STN DBS, 5,6,9,10,20,33,41 stimulation-related dysarthria is also experienced in nearly 10% of PD patients with STN DBS. 19 Closer study of the somatotopy of the STN from primate anatomical studies reveal spatial distinctions between cells responding to orofacial movements (dorsal and rostrally located) versus those responding to limb (arm more lateral and leg more medial) movements.…”

Adaptive deep brain stimulation for Parkinson's disease demonstrates reduced speech side effects compared to conventional stimulation in the acute setting

“…In PD, it is well recognised that a significant proportion of patients develop speech deterioration following DBS of the subthalamic nucleus (STN), which may be reversible. 3 Here we test bilateral stimulation, optimising parameters for aDBS, and evaluate speech intelligibility. We hypothesised that acute aDBS would be more effective and more efficient than cDBS at matched stimulation parameters while causing less speech impairment.…”

Dysarthrie bei der Parkinson-Krankheit – Phänomenologie, Pathophysiologie und therapeutische Ansätze

“…kleiner Probandenzahlen -die Resultate dieser Studien kein ganz einheitliches Bild ergeben, zeichnet sich zusammengefasst ab, dass bestimmte Sprechmodalitäten, insbesondere Stimmqualität, Lautstärke und Satzmelodie sich unter THS im Einzelfall durchaus bessern können [86][87][88]. Diese positiven Effekte, die insbesondere für die THS des Nucleus subthalamicus (STN) umfangreich analy-siert wurden, müssen jedoch nicht zwangsläufig mit einer Verbesserung der allgemeinen Sprechverständlichkeit einhergehen; im Gegenteil, unter STN-THS erfährt zumindest eine Subgruppe von Patienten eine Verschlechterung einer vorbestehenden oder gar das Neuauftreten einer Dysarthrie [87,[89][90][91][92][93]. Die Ursachen für eine Verschlechterung der Sprechfähigkeit unter STN-THS und -wenn auch in offenbar geringerem Ausmaß -auch unter THS des Globus pallidus internus (GPi) sind komplex und aktuell noch nicht vollständig geklärt: Einerseits scheinen unmittelbar stimulationsbedingte Faktoren, wie bspw.…”

“…Die Ursachen für eine Verschlechterung der Sprechfähigkeit unter STN-THS und -wenn auch in offenbar geringerem Ausmaß -auch unter THS des Globus pallidus internus (GPi) sind komplex und aktuell noch nicht vollständig geklärt: Einerseits scheinen unmittelbar stimulationsbedingte Faktoren, wie bspw. eine unerwünschte Ausbreitung des applizierten Stroms in Nachbarstrukturen wie die Capsula interna und eine eher mediale und/oder posteriore Elektrodenposition insbesondere im linken STN verantwortlich zu sein; andererseits zeichnet sich durch neuere Untersuchungen auch ein patientenspezifisches präoperatives "Risikoprofil" ab, charakterisiert durch eine längere Krankheitsdauer, eine auch im medikamentösen ON bestehende ausgeprägte Dysarthrie sowie ein besonderes Dysarthrie-Muster mit Neigung zu Störungen von Artikulationsschärfe und Sprechtempo [88,[91][92][93]. Inwiefern andere Zielgebiete der THS, wie bspw.…”