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This study examines the spatio-temporal characteristics of production of VCV sequences uttered by glossectomised patients following endo-oral cancer. More specifically, it involves analysing different acoustic parameters such as: (V1, VOT, VTT, the acoustic silent phase, occlusion, V2). Thisinvestigation should allow us to report the consequences that glossectomy may have on the the timing of articulatory gestures (Sock, 1998). Ten patients were recorded in several pre- and postsurgical phases; it is thus a longitudinal study. The corpus analysed consists of eight VCV sequences. The objective is mainly to observe in the acoustic signal various acoustic events directly interpretable in articulatory terms, and thereby attempting to infer articulatory configurations from the timing between specific acoustic events. Statistical analyses showed significant changes in the duration of all variables measured during post-surgical recording phases. An improvement in the production of the sequences appears gradually over time and speech therapy, as can be seen for some patients whose productions resemble initial values recorded during the pre-surgical phase., Cette étude porte sur les caractéristiques spatio-temporelles de la production de séquences VCV par des patients glossectomisés suite à un cancer endo-buccal. Plus précisément, il s’agit d’analyser les différents paramètres acoustiques (V1, VOT, VTT, silence, occlusion, V2), cette analyse nous permettra de rendre compte des conséquences d’une glossectomie sur le timing des gestes articulatoires (Sock, 1998). Dix patients ont été enregistrés sur plusieurs phases pré- et postchirurgicales ; il s’agit donc d’une étude longitudinale. Le corpus étudié est composé de huit séquences de type VCV. L’objectif est principalement d’observer à partir du signal acoustique, différents événements acoustiques interprétables directement en termes articulatoires, en tentant ainsi de remonter aux configurations articulatoires. L’analyse statistique a montré des modifications significatives au niveau de la durée pour toutes les variables mesurées lors des phases d’enregistrements post-chirurgicales. En effet, une amélioration dans la production des séquences apparaît progressivement avec le temps et la réhabilitation orthophonique qui se manifeste pour certains patients par un retour aux valeurs initialement relevées lors de la phase pré-chirurgicale.

The present work focuses on the production of speech after surgical excision of a tumour in the oral and oropharyngeal cavity in order to detect various articulatory-acoustic perturbations that such a surgical operation entails. This longitudinal study aims to reveal possible compensation or readjustment strategies that the patient can deploy, alone or with the help of speech therapy. The originality of this work lies in the importance given to the spatial and temporal organisation of speech, by examining several articulatori-acoustic inter and intra segmental parameters. Three linguistic tasks have been investigated: 1) the production of sustained vowels [i, a, u]; 2) the production of VCV sequences in two different contexts, the consonant being one of the French plosives or fricatives [p, t, k, b, d, g, s, ʃ, z, ʒ]; 3) a subjective assessment of speech quality after glossectomy. The acoustic recordings of the patients' productions were carried out during 4 phases: 1) preoperatively (the day before the intervention); 2) in Postop1 (between 1 and 1, 5 months); 3) in Postop2 (3 months after surgery); 4) in Postop3 (6 months after the intervention).Ten patients and three healthy subjects were recorded. The data collected from patients, informing about perturbations and adjustments, corresponded to temporal and spectral measurements carried out on the acoustic speech signal. The also included self-evaluation by the patients of the quality of their speech (Speech Handicap Index or SHI). Perturbation of the articulatory gestures and subsequent adjustments, observed for each patient from the acoustic data, allowed highlighting characterisations of vocalic and consonantal productions after tumour excision localised in the speech production system. It was interesting to realise that changes in lingual synergy with different structures in the vocal tract, as well as anatomo-physiological changes in the oral cavities, provoked by glossectomy, prevent some patients from attaining expected articulatory targets. However, productions generally remain within viability domains, ultimately corresponding to intelligible articulatory-acoustic productions., Le présent travail porte sur la production de la parole après exérèse chirurgicale d’une tumeur de la cavité buccale et oro-pharyngée afin de déceler les différentes perturbations articulatori-acoustiques qu’entraîne cette opération chirurgicale. Cette étude longitudinale vise à mettre au jour les possibles stratégies de compensation ou de réajustements que le patient peut mettre en place, seul ou à l’aide d’une rééducation orthophonique. L’originalité de ce travail réside dans la place importante accordée au niveau de l’organisation spatiotemporelle de la parole, à partir de l’exploitation de plusieurs paramètres articulatori-acoustiques, inter et intra segmentaux. Trois tâches linguistiques ont été étudiées : 1) la production de voyelles tenues [i, a, u] ; 2) la production de séquences VCV dans deux contextes différents, la consonne étant l’une des occlusives ou des fricatives du français [p, t, k, b, d, g, s, ʃ, z, ʒ] ; 3) l’évaluation subjective de la qualité de parole après glossectomie. Les enregistrements acoustiques des productions des patients ont été effectués pendant 4 phases : 1) en préopératoire (la veille de l’intervention) ; 2) en Postop1 (entre 1 et 1, 5 mois) ; 3) en Postop2 (3 mois après la chirurgie) ; et 4) en Postop3 (6mois après l’intervention). Dix patients et trois sujets sains ont été enregistrés. Les données recueillies auprès des patients, informant sur les perturbations et les ajustements en parole, correspondaient aux mesures temporelles et spectrales effectuées sur le signal acoustique, ainsi que l’auto-évaluation par les patients de la qualité de leur parole (Speech Handicap Index ou SHI). Les perturbations des gestes articulatoires et les ajustements relevés, propres à chaque patient, à partir des données acoustiques nous ont permis de mettre en exergue les caractérisations des production vocaliques et consonantiques après exérèse carcinologique localisée dans le système de production de la parole. Il s’est révélé intéressant que les modifications de la synergie linguale avec différentes structures dans le conduit vocal, ainsi que les changements anatomophysiologiques des cavités orales, apportées par la glossectomie, empêchent certains patients d’atteindre les cibles articulatoires attendues. Néanmoins, les productions demeurent, de manière générale, dans des zones de viabilité, correspondant au bout du compte à des réalisations articulatori-acoustiques intelligibles.

This thesis investigates the cerebral correlates of the adaptation of speech production and orofacial motor skills after the exeresis of a tumor in the intraoral cavity. A special focus has been given to searching for correlates associated with a redefinition of the task’s goals, a reorganization of motor coordination, or a change in the internal representations of the peripheral motor system. Three tasks were investigated: non-audible oro-facial movements, vowel production, and syllable production. Brain activity was measured using fMRI longitudinally across 4 sessions: before surgery, and at 1, 3 and 9 months after surgery. Eleven patients and eleven healthy subjects were recorded. For the patients only, 3 additional kinds of data were collected in parallel to the fMRI, in order to assess, at each stage of the clinical process, the improvement of oro-facial motor skills: scores assessing orofacial praxis, acoustic speech signal, and a self-evaluation of speech production quality. Three statistical analyses were run on the fMRI data: (1) a “whole brain” analysis, which is based on brain activity amplitudes; (2) an analysis of the localization of the strongest activity in the primary motor cortex; (3) an analysis of Regions of Interest located in the speech production/perception cerebral network, using a General Linear Model. In this third analysis, the independent “Group” factor has been replaced by a continuous covariable, called “Motor Adaptation Index” (MAI), that quantitatively measures the degradation of speech production 1 month after surgery, and then its improvement in the subsequent months. The main effects of the “Group” (or MAI), “Session” and “Task” factors have been estimated, together with their interactions.All the tasks and all the sessions taken together, patients show significantly lower activity than healthy subjects in the orofacial sensorimotor regions. Significant main effects of the “Session” factor are also observed for all the tasks, for the patients as well as for the healthy subjects. Only non-audible motor tasks and vowel production tasks show for the “Session” factor effects that are significantly different for the patients and the healthy subjects. For non-audible lingual movements, 1 month after surgery, the patients show a high level of activity in the Superior Parietal Lobule (SPL) and DorsoLateral PreFrontal Cortex (DLPFC). For patients’ vowel production, 3 months after surgery activity decreases in the cerebellum and strongly increases in the Inferior Parietal Lobule (IPL), while from 3 to 9 months after surgery, the activity increases in the motor regions (Primary Motor Cortex, Supplementary Motor Area), and decreases in the Superior Temporal Gyrus (STG). In addition, 1 month after the surgery, patients show, for all tasks, Primary Motor Cortex activity located more dorsally than in the other sessions.For non-audible oro-facial motor tasks, our results suggest that immediately after surgery patients might have to re-tune their internal model of the peripheral motor system (SPL activity), which is no longer accurate, while redefining their coordination strategies (DLPFC activity). For vowel production, a more skilled and demanding task, stronger modifications of the patients’ internal model could be necessary 3 months after surgery. Nine months after surgery, the simultaneous increase of activity in the motor regions and decrease of activity in the STG suggest for vowel production that the adaptation has almost been achieved, with regained consistency between the efferent copy and auditory feedback. Syllable production tasks show no significant patient specific changes across sessions, possibly due to the greater complexity of the task as compared to the other two., Ce travail étudie les corrélats cérébraux de l’adaptation de la parole et de la motricité oro-faciale après l’exérèse chirurgicale d’une tumeur intra-orale. Une attention particulière est portée à la recherche de corrélats révélant une redéfinition des buts de la tâche, une réorganisation de la coordination motrice, et une modification des représentations internes du système moteur.Trois tâches ont été étudiées : production de mouvements oro-faciaux silencieux ; production de voyelles ; production de syllabes. Les activités cérébrales ont été mesurées par IRM fonctionnelle au cours de 4 sessions, en pré-opératoire, puis 1 mois, 3 mois et 9 mois après la chirurgie. Onze patients et onze sujets sains ont été enregistrés. Pour les patients, trois types de données informant sur leur récupération motrice ont été acquis aux mêmes périodes : données praxiques ; signal acoustique de parole ; auto-évaluation de la qualité de parole. Trois analyses statistiques ont été menées sur les données cérébrales : (1) une analyse « cerveau entier » sur les amplitudes des activations ; (2) une analyse de la localisation de l’activation principale dans le cortex moteur primaire ; (3) une analyse en régions d’intérêt dans le réseau cérébral de la parole, via un modèle linéaire général dans lequel le facteur Groupe (Patients/Sains) a été remplacé par une covariable continue, l’« Indice d’Adaptation Motrice » ou « IAM », mesurant le niveau de dégradation de la parole, puis son amélioration dans les mois suivants l’opération. Les effets et les interactions des facteurs Groupe (ou IAM), Session et Tâche sur la variable dépendante ont ainsi été mesurés. Toutes tâches et toutes sessions confondues, les patients se distinguent des sujets sains par une activité cérébrale plus faible dans les zones sensori-motrices oro-faciales. Des effets de la session sont observés pour toutes les tâches, pour les patients et les sujets sains. Seules les tâches de motricité silencieuse et de production des voyelles révèlent des effets de la session sur l’activité cérébrale significativement différents pour les patients et les sujets sains. Ainsi, pour la motricité silencieuse, 1 mois après l’opération, les patients montrent, pour la tâche linguale, une forte activité dans le Lobule Pariétal Supérieur (LPS) et dans le Cortex Pré-Frontal Dorso-Latéral (CPFDL). Pour les voyelles, 3 mois après la chirurgie, l’activité cérébrale des patients décroît dans le cervelet et croît fortement dans le Lobule Pariétal Inférieur ; de 3 à 9 mois après la chirurgie, l’activité croît dans les zones motrices (Cortex Moteur Primaire et Aire Motrice Supplémentaire) et elle décroît dans le Gyrus Temporal Supérieur. Les patients montrent aussi 1 mois après l’opération, tous articulateurs confondus, une localisation plus dorsale de l’activité dans le Cortex Moteur Primaire. Pour des tâches motrices silencieuses, nos observations suggèrent que, immédiatement après l’opération, les patients pourraient réactualiser leur modèle interne du système moteur (activité dans le LPS), devenu imprécis, tout en ré-élaborant leurs stratégies de coordination (activité dans le CPFDL). Pour la production des voyelles, tâche plus complexe et plus précise, nos résultats suggèrent que 3 mois après l’opération, les patients utiliseraient moins les modèles internes devenus trop imprécis. Le retour à une activation forte dans les zones motrices 9 mois après l’intervention suggère que l’adaptation de la production des voyelles est quasiment achevée, et la baisse concomitante de l’activation dans le cortex auditif est cohérente avec l’hypothèse qu’il existerait de nouveau une adéquation entre la copie d’efférence auditive et le feedback auditif externe. Pour la production de syllabes, les résultats sont les moins pertinents parmi les 3 tâches. Une réorganisation plus tardive, au-delà de 9 mois, due à la plus grande complexité de la tâche, pourrait en être une explication potentielle.

International audience; Using functional MRI, acoustic data and motor oral assessment, brain correlates of speech recovery after dramatic structural changes in the vocal tract have been investigated during three tasks: orofacial movements and speech production (vowels and syllables). Eleven patients were recorded during three sessions, preoperatively and postoperatively, 1 month and 3 months after surgery (for seven of them also 9 months after surgery). Eleven healthy subjects were recorded in parallel. A "whole brain" group analysis (patients/healthy subjects) reveals a specific activation pattern for patients, in particular during vowel task, which is session-dependent. Moreover, global lower brain activation compared to healthy subjects was found for all tasks in primary, secondary and integrative sensorimotor regions. Differences are interpreted in relation with the emergence of new speech motor goals and changes in the internal models.; A partir de données d'IRM fonctionnelle, acoustiques et praxiques, nous avons étudié les corrélats cérébraux de l'adaptation de la parole après une modification structurelle importante du conduit vocal lors de trois tâches : mouvements oro-faciaux silencieux, voyelles et syllabes. Onze patients ont été enregistrés lors de trois sessions, pré-opératoire et post-opératoire à 1 mois et 3 mois (pour sept d'entre eux aussi à 9 mois). Onze sujets contrôles ont été enregistrés en parallèle. Une analyse de groupe (patients/contrôles) " cerveau entier " révèle des patrons d'activation spécifiques aux patients au cours des différentes sessions en particulier pour la tâche de production de voyelles. De plus, une moindre activation cérébrale par rapport aux sujets sains a été observée pour toutes les tâches dans des régions motrices, sensorielles et d'intégration sensori-motrice. Nous interprétons ces résultats en relation avec la redéfinition des buts de parole et l'adaptation de modèles internes du système moteur périphérique.

International audience; In order to validate an fMRI experiment, four participants were examined using functional magnetic resonance imaging while executing oro-facial movements, vowel and syllable production. This protocol will be used with patients who underwent oral resection. The study's results should contribute to better understand cognitive processes associated with speech production. The three motor tasks activated a set of common brain areas classically involved in motor control and temporal areas involved in speech. These results support previous brain imaging studies and validate our protocol; Nous présentons ici un protocole expérimental d'imagerie fonctionnelle et sa validation sur quatre sujets pilotes. Il est destiné à étudier les activations corticales associées au réapprentissage de la parole après exérèse carcinologique au niveau du conduit vocal. Trois tâches parole et non parole sont étudiées : mouvement oro-facial silencieux, production de voyelles et de syllabes. Les résultats observés apparaissent en accord avec la littérature - notamment l'activation commune aux trois tâches de régions dédiées au contrôle moteur oro-facial ainsi que l'implication des aires temporales auditives lors des tâches de parole - et valident le protocole expérimental d'acquisition IRMf utilisé.

21 pages; Retrouver l'usage de la langue - articulateur central de la parole - pour produire les dix voyelles du français, et ce après une opération de glossectomie suivie d'une reconstruction linguale à base d'un muscle de la cuisse (le gracilis), tel était le difficile problème que le patient K.H. (53 ans) a su résoudre au bout de neuf mois. Comment a-t-il pu apprendre à contrôler sa nouvelle " langue" pour produire les différentes voyelles de façon distincte ? C'est ce que nous avons cherché à comprendre dans cette étude. Nous avons mis en place un suivi expérimental longitudinal du patient en enregistrant ses productions acoustiques et son activité cérébrale juste avant l'opération, un mois après l'opération et neuf mois après l'opération. Nous avons ainsi pu suivre la récupération corticale du sujet, en l'occurrence la re-latéralisation dans l'hémisphère gauche pour l'articulation des catégories vocaliques de sa langue, en relation avec l'amélioration de ses performances articulatoires et acoustiques. Plus fondamentalement, cette prouesse atteste de la plasticité corticale phonologique via l'équifinalité compensatoire du système de la langue, en l'occurrence par le jeu des équivalence motrices et acoustiques.

National audience; This paper reports the monitoring and treatment of speech and its intelligibility following total glossectomy. A very early speech therapy rehabilitation in the post-operative course was initiated in a complex case of oral cavity surgery. Training was directly based on respiration, on mobility of articulators and on variations of the vocal tract volume towards consonants and vowels future production. The patient quickly recovered sufficient phonation capabilities to communicate with his relatives and medical staff. Although speech therapy and self-training ended progressively after going out of the hospital, speech has been registered at different periods after rehabilitation. Spontaneous speech evaluation shows improvement of speech intelligibility and pronunciation. These results open new therapeutic perspectives.

National audience

This study examines the spatio-temporal characteristics of production of VCV sequences uttered by glossectomised patients following endo-oral cancer. More specifically, it involves analysing different acoustic parameters such as: (V1, VOT, VTT, the acoustic silent phase, occlusion, V2). Thisinvestigation should allow us to report the consequences that glossectomy may have on the the timing of articulatory gestures (Sock, 1998). Ten patients were recorded in several pre- and postsurgical phases; it is thus a longitudinal study. The corpus analysed consists of eight VCV sequences. The objective is mainly to observe in the acoustic signal various acoustic events directly interpretable in articulatory terms, and thereby attempting to infer articulatory configurations from the timing between specific acoustic events. Statistical analyses showed significant changes in the duration of all variables measured during post-surgical recording phases. An improvement in the production of the sequences appears gradually over time and speech therapy, as can be seen for some patients whose productions resemble initial values recorded during the pre-surgical phase.; Cette étude porte sur les caractéristiques spatio-temporelles de la production de séquences VCV par des patients glossectomisés suite à un cancer endo-buccal. Plus précisément, il s’agit d’analyser les différents paramètres acoustiques (V1, VOT, VTT, silence, occlusion, V2), cette analyse nous permettra de rendre compte des conséquences d’une glossectomie sur le timing des gestes articulatoires (Sock, 1998). Dix patients ont été enregistrés sur plusieurs phases pré- et postchirurgicales ; il s’agit donc d’une étude longitudinale. Le corpus étudié est composé de huit séquences de type VCV. L’objectif est principalement d’observer à partir du signal acoustique, différents événements acoustiques interprétables directement en termes articulatoires, en tentant ainsi de remonter aux configurations articulatoires. L’analyse statistique a montré des modifications significatives au niveau de la durée pour toutes les variables mesurées lors des phases d’enregistrements post-chirurgicales. En effet, une amélioration dans la production des séquences apparaît progressivement avec le temps et la réhabilitation orthophonique qui se manifeste pour certains patients par un retour aux valeurs initialement relevées lors de la phase pré-chirurgicale.