Master's Thesis

Subtypes of speech and language disorders in prodromal dementia with Lewy bodies

Final Thesis 3.46 MB Appendix 1.02 MB

Author of thesis: Bc. Klára Heimlichová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Jiří Mekyska, Ph.D.

Reviewer: Ing. Kryštof Novotný

Abstract:

Neurodegenerative diseases, including dementia with Lewy bodies, may affect speech already in prodromal stages; however, these changes can be difficult to detect and are therefore poorly understood. Speech analysis represents a sensitive, non-invasive method for capturing such manifestations, motivating the need for a systematic description of acoustic and linguistic parameters in this population. The aim of this master's thesis is to identify subtypes of speech and language impairment in patients with mild cognitive impairment with Lewy bodies (MCI-LB) based on extracted acoustic and linguistic parameters, and to place the findings in the context of available literature.
Within the thesis, parameters describing respiration, phonation, articulation, prosody, and the linguistic domain of speech, including lexical, semantic, and syntactic parametrization, were designed and implemented. The parameters were implemented in Python in two separate modules, acoustic and linguistic, and extracted for the entire database of speech recordings. The data were corrected for covariates and normalized against healthy controls, with weights for individual parameters determined based on AUC values. Subsequently, cluster analysis was performed in the acoustic, linguistic, and multimodal domains.
The acoustic analysis revealed three subtypes: a subtype with broad motor-speech impairment, a subtype with relatively preserved motor speech, and a subtype with selective prosodic and respiratory impairment. The linguistic analysis identified a linguistically preserved subtype and a lexically impaired subtype. The multimodal analysis further revealed a subtype with complex respiratory-lexical impairment, a subtype with predominantly cognitive-linguistic impairment, and a subtype with predominantly motor speech impairment. The limited overlap between acoustic and linguistic clusters suggests that motor-speech and linguistic-cognitive impairments represent largely independent domains in MCI-LB, developing independently of one another in individual patients.

Keywords:

Acoustic and linguistic parameters, AUC weighting, cluster analysis, dementia with Lewy bodies, digital biomarkers, K-means, mild cognitive impairment with Lewy bodies, neurodegenerative diseases, prodromal stage, speech analysis, speech biomarkers

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka prezentovala výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Otázky oponenta a komise: Jaký rozdíl vidíte mezi pojmy pDLB a MCI-LB, které v práci používáte? Jedná se ve Vašem kontextu o totožný klinický stav, nebo o odlišné vymezení prodromální fáze onemocnění? Můžete vysvětlit princip a proces detekce respiračních segmentů použitých pro výpočet parametrů IPA a RR? Můžete podrobně vysvětlit princip výpočtu kompozitních doménových skóre a způsob odvození vah jednotlivých parametrů? Jak jste tento postup aplikovala na lingvistické parametry, u kterých není vždy jednoznačné, zda vyšší nebo nižší hodnota odpovídá závažnějšímu postižení (v případě, že se jedná o postup přejatý z doporučené literatury [1])? Studentka obhájila diplomovou práci a odpověděla na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Audio Engineering (MPC-AUD)

Specialization

Audio Production and Recording (AUDM-ZVUK)

Composition of Committee

PhDr. Aleš Dvořák (člen)
prof. Ing. Jiří Mekyska, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. MgA. Mgr. Dan Dlouhý, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Miroslav Balík, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Švento (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Jiří Mekyska, Ph.D.

Diplomová práce splňuje požadavky zadání v plném rozsahu. Studentka se věnovala aktuálnímu a dosud málo probádanému tématu subtypů poruch řeči a jazyka u prodromální demence s Lewyho tělísky, přičemž navrhla a implementovala akustické a lingvistické biomarkery, vytvořila normativní rámec vůči zdravým kontrolám a provedla shlukovou analýzu v akustické, lingvistické i multimodální doméně. Prezentační úroveň technické zprávy hodnotím jako výbornou; práce je sice rozsahem mírně nadstandardní, avšak tento rozsah je odůvodněn tím, že studentka diskutuje a interpretuje řadu zajímavých a odborně relevantních poznatků. K formální úpravě ani jazykové úrovni nemám výhrad, práce je zpracována pečlivě a na vysoké úrovni. Studentka dostatečně pracovala se zahraniční odbornou literaturou a svá zjištění vhodně zasadila do kontextu současného poznání. Dosažené výsledky mají vysoký potenciál, protože adresují dosud nezodpovězené otázky v oblasti prodromální demence s Lewyho tělísky a představují přínos jak z technického hlediska, tak z hlediska neurologického a neurovědního výzkumu. Obecně práce tvoří důležitý základní stavební blok pro další výzkum poruch řeči a jazyka u demence s Lewyho tělísky. Studentka byla během řešení dostatečně aktivní, parciální výsledky pravidelně konzultovala, pracovala samostatně a navrhovala vlastní řešení. Points proposed by supervisor: 98

Grade proposed by supervisor: A

File inserted by supervisor Size
Posudek vedoucího práce [.pdf] 114,23 kB

Reviewer’s report
Ing. Kryštof Novotný

Studentka ve své práci zkoumala subtypy poruch řeči a jazyka u pacientů v prodromální fázi demence s Lewyho tělísky. To obnášelo nastudování interdisciplinární problematiky, návrh a implementaci akustických a lingvistických parametrů, vytvoření norem vůči zdravým kontrolám a následné provedení shlukové analýzy v akustické, lingvistické i multimodální oblasti. Tím byly hlavní cíle práce naplněny.

Studentka dostatečně využívá odbornou literaturu a orientuje se v multidisciplinární problematice. Oceňuji zejména rozsah provedené analýzy, přehledné strukturování výsledků a velmi kvalitní grafické zpracování, které výrazně napomáhá interpretaci nalezených subtypů.

Hlavní nedostatky práce vidím v popisu některých klíčových metodických kroků. Popis implementace místy zachycuje spíše strukturu výpočetního řetězce než samotný princip použitých metod. Není dostatečně vysvětlen postup získání lingvistických parametrů, stejně jako princip detekce respiračních segmentů použitých pro výpočet parametrů IPA a RR. Za nejzásadnější považuji nedostatečné vysvětlení výpočtu kompozitních doménových skóre a vah jednotlivých parametrů. Tato část je pro výslednou shlukovou analýzu stěžejní, přesto není v metodice popsána v potřebné míře.

Po formální stránce je práce přehledná a vizuálně velmi zdařilá, obsahuje však dílčí nekonzistence. Místy jsou patrné artefakty vzniklé pravděpodobně přepisem ze semestrální práce, dokument ne vždy konzistentně pracuje se zavedenými zkratkami a v textu se objevují nejednotnosti v typografických konvencích (například bezdůvodné používání tzv. dlouhé pomlčky vedle klasické české pomlčky). Tyto nedostatky mírně snižují celkovou úroveň práce. Topics for thesis defence:
  1. Jaký rozdíl vidíte mezi pojmy pDLB a MCI-LB, které v práci používáte? Jedná se ve Vašem kontextu o totožný klinický stav, nebo o odlišné vymezení prodromální fáze onemocnění?
  2. Můžete vysvětlit princip a proces detekce respiračních segmentů použitých pro výpočet parametrů IPA a RR?
  3. Můžete podrobně vysvětlit princip výpočtu kompozitních doménových skóre a způsob odvození vah jednotlivých parametrů? Jak jste tento postup aplikovala na lingvistické parametry, u kterých není vždy jednoznačné, zda vyšší nebo nižší hodnota odpovídá závažnějšímu postižení (v případě, že se jedná o postup přejatý z doporučené literatury [1])?
Points proposed by reviewer: 84

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová