SPL SRS Poster 3-6-15

Children  with  CP  have  Smaller  Vowel  Spaces  than  their  TD  Peers  •  This  finding  replicates  previous  findings  (Higgins  &  Hodge,  2001;  Hustad  et  al.,  2010)  •  May  be  due  to  the  movement  deficits  observed  in  the  CP  group,  causing  decreased  intelligibility  OAI  Predicts  Acous<c  Vowel  Space  •  Larger  mouth  openings  are  associated  with  greater  vowel  contrast    •  Increased  vowel  contrast  improves  intelligibility  (Lee  et  al.,  2013)  Rela<onship  Between  OAI  and  Vowel  Space  Differs  Between  Children  with  CP  and  their  TD  Peers  •  Changes  in  mouth  shape  have  a  more  pronounced  effect  on  vowel  contrast  in  children  with  CP  than  their  TD  peers  •  Vowel  contrast  is  dependent  on  arLculatory  movements,  parLcularly  the  tongue  •  Speakers  with  CP  have  reduced  tongue  control  (Rong  et  al.,  2012)  and  increased  jaw  movements  (Nip,  2012;  Rong  et  al.,  2012;  Ward  et  al.,  2013),  suggesLng  that  increased  

jaw  movements  may  be  a  compensatory  strategy  •  Children  with  CP  who  have  high  OAIs  can  compensate  for  reduced  tongue  control  by  making  greater  use  of  their  lips  and  jaw    •  In  contrast,  children  with  CP  who  have  low  OAIs  cannot  compensate  for  the  reduced  tongue  control,  leading  to  reduced  vowel  contrast  Future  Direc<ons  •  Examine  OAI  and  vowel  space  in  connected  speech  (e.g.,  sentences,  conversaLon)  •  Direct  comparison  of  OAI  to  intelligibility  •  Larger  number  of  parLcipants  •  Examine  tongue  movement  data  

INTRODUCTION  

AcousLc  Changes  Due  to  Impaired  Speech  Movements  in  Children  with  Cerebral  Palsy    TaLana  Zozulya,  Lindsay  Kempf,  Alyssa  Yee,  &  IgnaLus  S.  B.  Nip  

School  of  Speech,  Language,  and  Hearing  Sciences  -­‐  San  Diego  State  University  

Data  Analysis  •  Vowel  formant  frequencies  (F1,  F2)  were  obtained  using  TF32  

(Milenkovic,  2010)  and  ploaed  (F2  by  F1)  to  obtain  acousLc  vowel  space  (Hz2)  

•  The  distance  between  the  upper  and  lower  lip  markers  (height)  and  the  distance  between  the  leb  and  right  corners  of  the  mouth  (width)  were  measured  at  the  midpoint  of  each  vowel.  Each  vowel  was  ploaed  (height  by  width)  to  obtain  the  oral  area  index  (OAI;  mm2)  

•  Repeated-­‐measures  mixed  model  was  conducted  to  evaluate  the  effect  of  Group  (CP,  TD)  and  oral  area  index  on  acousLc  vowel  space  while  controlling  for  age.    

Par<cipants  •  8  children  with  CP  (2F,  7M)  and  8  age-­‐and  sex-­‐matched  typically  

developing  peers  (TD;  2F,  7M),  aged  4  to  15  years  •  All  parLcipants  passed  a  hearing  screening  (ASHA,  1997)  at  .5,  1,  2,  

and  4  kHz  in  at  least  one  ear  Speaking  Tasks  •  ParLcipants  produced  10  repeLLons  of  the  vowels  /i,  a,  u/  Data  Collec<on    •  KinemaLc  recordings  from  8-­‐camera  opLcal  moLon  capture  

system  (MoLon  Analysis,  Ltd.)  with  simultaneous  audio  recording  (16-­‐bit,  44.1  KHz)  

•  Fibeen  markers  were  placed  on  the  face  to  track  lip  and  jaw  movement  

DISCUSSION  

American  Speech-­‐Language-­‐Hearing  AssociaLon.  (1997).  Guidelines  for  Audiologic  Screening.  In  ASHA  PracLce  Policy.  Retrieved  February  17,  2012,  from  hap://www.asha.org/docs/html/GL1997-­‐00199.html.  Higgins,  C.M.,  &  Hodge,  M.M.  (2001).  F2/F1  vowel  quadrilateral  area  in  young  children  with  and  without  dysarthria.  Journal  of  the  Canadian  Acous6cal  Associa6on,  29  (3),  66-­‐67.  Hodge,  M.  &  Daniels,  J.  (2007).  TOCS+  Intelligibility  Measures.  Edmonton,  AB:  University  of  Alberta  Hustad,  K.C.,  Gorton,  K.,  Lee,  J.  (2010).  ClassificaLon  of  speech  and  language  profiles  in  4-­‐year-­‐old  children  with  cerebral  palsy:  a  prospecLve  preliminary  study.  Journal  of  Speech,  Language,  and  Hearing  Research,  53,  1496-­‐1513.  Hustad,  K.C.,  Schueler,  B.,  Schultz,  L.,  DuHadway,  C.  (2012)    Intelligibility  of  4-­‐Year-­‐Old  Children  With  and  Without  Cerebral  Palsy.  Journal  of  Speech,  Language,  and  Hearing  Research,  55,  1177-­‐1189.    Lee,  J.,  &  Hustad,  K.C.  (2013).  A  preliminary  invesLgaLon  of  longitudinal  changes  in  speech  producLon  over  18  months  in  young  children  with  cerebral  palsy.  US  Na6onal  Library  of  Medicine  Na6onal  Ins6tutes  of  Health,  65  (1).  Lee,  J.,  Hustad,  K.C.,  &  Weismer,  G.  (2014).  PredicLng  speech  intelligibility  with  a  mulLple  speech  subsystems  approach  in  children  with  cerebral  palsy.  Journal  of  Speech,  Language  and  Hearing  Research,  57,  1666-­‐1678.  Milenkovic,  P.  (  2002).  TF32  [Computer  soLware].  Retrieved  fromhap://userpages.chorus.net/cspeech/  Nip,  I.S.B.  (2012).  KinemaLc  characterisLcs  of  speaking  rate  in  individuals  with  Cerebral  Palsy:  A  preliminary  study.  Journal  of  Medical  Speech-­‐Language  Pathology,  20,  88-­‐94.  Nip,  I.S.B.  in  press.  InterarLculator  coordinaLon  in  children  with  and  without  cerebral  palsy.  Developmental  Neurorehabilita6on.  Parkes,  J.,  Hill,  N.,  Plaa,  J.,  &  Donnelly,  C.  (2010).  Oromotor  dysfuncLon  and  communicaLon  impairments  in  children  with  cerebral  palsy:  a  register  study.  Developmental  Medicine  &  Child  Neurology,  52  (12),  1113-­‐1119.  Plaa,  L.J.,  Andrews,  G.,  Young,  M.,  &  Qurinn,  P.T.  (1980).  Dysarthria  of  Adult  Cerebral  Palsy:  Intelligibility  and  ArLculatory  Impairment.  Journal  of  Speech,  Language,  and  Hearing  Research,  23,  28-­‐40.  Rong,  P.,  Loucks,  T.,  Kim,  H.,  Hasegawa-­‐Johnson,  M.  (2012).  RelaLonship  between  kinemaLcs,  F2  slope,  and  speech  intelligibility  in  dysarthria  due  to  cerebral  palsy.  Clinical  Linguis6cs  &  Phone6cs,  26  (9)  806-­‐822.  Semel,  E.,  Wiig,  E.  H.,  &  Secord,  W.  A.  (2003).  Clinical  Evalua6on  of  Language  Fundamentals  (4th  ed.).  San  Antonio,  TX:  PsychCorp.  Stevens,  K.  N.  (1989).  On  the  quantal  nature  of  speech.  Journal  of  Phone6cs,  17,  3–45.  Ward,  R.,  Strauss,  G.,  &  Leitao,  S.  (2013).  KinemaLc  changes  in  jaw  and  lip  control  of  children  with  cerebral  palsy  following  parLcipaLon  in  a  motor-­‐speech  (PROMPT)  intervenLon.  Interna6onal  Journal  of  Speech-­‐Language  Pathology,  15(2),  136-­‐155  Yorkston,  K.  M.,  Beukelman,  D.  R.,  Hakel,  M.,  &  Dorsey,  M.  (2007).  Speech  Intelligibility  Test  [Computer  sobware].  Lincoln,  NE:  InsLtute  for  RehabilitaLon  Science  and  Engineering  at  Madonna  RehabilitaLon  Hospital.      

METHOD  

Acknowledgments:  This  study  was  funded  by  NIH-­‐NIDCD  (R03-­‐DC012135),  the  American  Speech-­‐Language-­‐Hearing  Founda6on,  and  the  SDSU  University  Grants  Program.    Thank  you  to  par6cipants  and  their  families  as  well  as  Sara  Benjamin,  Amy  Boyer,  Katherine  Bristow,  Anne  Coleman,  Lauren  Coyne,  Julie  Cunningham,  Erica  J.  Greenberg,  Brennan  Hefner,    Adeena  Homampour,  Lucia  Kearney,  David  Kremp,  Anne  Merkel,  Stefanie  Opdycke,  Frances  Ramos,  Casey  Rockmore,  Grace  Si_on,  Danielle  Torrez,  Carina  Valdivieso,  and  Kris6n  Wilfon  for  their  assistance  with  data  collec6on  and  data  analysis.  Thank  you  to  Irina  Potapova  for  her  helpful  comments  on  this  poster.  

Children  with  Cerebral  Palsy  have  Oral  Movement  Deficits  •  Cerebral  Palsy  (CP)  is  a  group  of  disorders  caused  by  perinatal  damage  to  the  central  nervous  system  resulLng  in  movement,  sensory,  

communicaLon,  and  cogniLve  impairments  (Rosenbaum  et  al.,  2007)  

•  Speech  difficulLes  in  children  with  CP  include:  •  Oral  motor  deficits  are  present  in  half  of  this  populaLon  (Parkes  et  al.,  2010)  •  Intelligibility  is  reduced  for  all  groups  of  children  with  CP  relaLve  to  typically-­‐developing  (TD)  children  (Hustad  et  al.,  2012)    

Acous<c  Measure  Differences  Affect  Intelligibility  •  AcousLc  measures  (F1,  F2,  vowel  duraLon)  affect  speech  intelligibility  (Lee  et  al.,  2014)    •  PosiLve  correlaLon  between  intelligibility  and  vowel  space  noted  for  children  with  CP  (Lee  et  al.,  2013)  •  Children  with  dysarthria  have  smaller  vowel  space  than  those  of  their  age-­‐matched  TD  peers  (Higgins  &  Hodge,  2001)  •  Individuals  with  CP  produce  corner  vowels  (/i,  a,  u/)  less  accurately  due  to  impaired  movements  (Plaa  et  al.,  1980)    

Impaired  Movements  Impact  the  Resultant  Acous<cs  and  Intelligibility  •  Children  with  CP  who  have  dysarthria  have  markedly  reduced  speech  intelligibility    (Hustad  et  al.,  2012)  •  ReducLons  of  F2  slope  and  intelligibility  in  speakers  with  CP  are  related  to  reduced  tongue-­‐Lp  displacements  (Rong  et  al.,  2012)    •  Speakers  with  CP  have  increased  jaw  range  of  movement  (Nip,  2012;  Rong  et  al.,  2012)  resulLng  in  a  larger  verLcal  mouth  opening  (Ward  et  al.,  2013)  

•  CoordinaLon  of  arLculators  is  posiLvely  associated  with  intelligibility  in  children  with  CP  (Nip,  in  press)      

Theore<cal  and  Clinical  Implica<ons  •  Models  of  speech  producLon  posit  that  oral  movements  shape  the  resultant  acousLc  signal  (Stevens,  1989);  therefore  the  impaired  movements  

observed  in  this  populaLon  may  negaLvely  impact  acousLc  variables,  such  as  vowel  space  •  Understanding  the  relaLon  between  movement  and  acousLc  variables  may  provide  insight  for  assessments  and  intervenLons  targeLng  

intelligibility  in  this  populaLon    

Research  Ques<ons    •  How  do  movement  characterisLcs  (oral  area  index)  relate  to  acousLc  outcomes  (vowel  space)  in  children  with  CP  and  their  age-­‐and  sex-­‐

matched  typically-­‐developing  (TD)  peers?  •  Does  this  relaLonship  differ  between  children  with  CP  and  their  TD  peers?          

Fig  1:  Marker  set  up  and  3-­‐D  model  of  a  parCcipant  

RESULTS  

Table 1: Participant demographic information

Speaker   Age   Sex   CP  Type   GMFCS   Dysarthria  Word  

Intelligibility  Sentence  

Intelligibility  CELF-­‐4    Std  

Score  Age  of  TD  

Peer  

1   4;8   F  SpasLc  

Quadriplegia   V   SpasLc   23%   16%   106   4;7  

2   6;6   M   SpasLc  Diplegia   III   SpasLc   72%   83%   106   6;2  

3   7;5   F   SpasLc  Hemiplegia   III   Mild   68%   65%   102   7;4  

4   8;2   M   SpasLc  Diplegia   II   Mild   80%   72%   98   8;4  

5   9;9   M   SpasLc  Hemiplegia   III   Mild   81%   66%   67   9;4  

6   10;7   M  SpasLc  

Quadriplegia   IV   /r/  error   85%   96%   127   10;11  

7   12;4   M   SpasLc  Diplegia   II   None   91%   95%   112   13;2  

8   15;0   F   SpasLc  Diplegia   II   None   82%   93%   129   15;7  

Age  [F(1,  90)  =  81.78,  p  <  .001]  Group  [F(1,  90)  =  23.27,  p  <  .001],  CP  <  TD  Oral  Area  Index  [F(1,  90)  =  29.78,  p  <  .0001]  Group  x  Oral  Area  Index  =  [F(1,  92)  =  8.71,    p  <  .01]  

CP   TD  

Oral  Area  Index  (mm2)   24.27  (15.71)   16.47  (7.33)  

Vowel  Space    (Hz2)   706483.60  (137072.23)   137072.23  (91412.38)  

REFERENCES  

Fig  3:  Oral  Area  Index  of  a  parCcipant  Fig  2:  Vowel  Space  triangle  of  a  parCcipant