gms | German Medical Science

In dem von der DFG geförderten Projekt wird der Einfluss von mittel- bis hochgradiger Schwerhörigkeit (55-80 dB) auf das Motorkontrollsystem der Sprechfunktion (MdS) untersucht. Ein negativer Einfluss wird z.B. von den theoretischen Modellen Libermans vorhergesagt [1] und durch empirische Studien bei Menschen mit prälingual eingesetzter Schwerhörigkeit in allen Untersystemen der Stimme belegt [2]. Auch postlingual erworbene Schwerhörige beschreiben ihre eigene Stimme mit und ohne Hörversorgung häufiger als „metallisch“ und „fremd“ [3]. Dennoch ist das MdS Schwerhöriger wenig verstanden. So ist uns z.B. keine Untersuchung von Kompensationseffekten durch somatosensorisches Feedback, welche sich z.B. durch veränderte Kontrolle des Larynx manifestieren würden, bekannt. Ein multimodaler Messaufbau wird somit die Hypothese überprüfen, dass Schwerhörigkeit sich auf die neuronale Verarbeitung auditiven Feedbacks, die kinästhetische Kontrolle der Stimmlippen und die Phonierleistung der Probanden auswirkt. Darüber hinaus wird die These überprüft, dass probandenspezifische Parameter, i.e. Grad, Fortschritt und Hörbereich der Schwerhörigkeit, Alter, Sprachverständlichkeit und differentielle Wahrnehmbarkeitsschwelle, Art und Stärke dieses Einflusses genau definieren.

Wir planen das MdS mithilfe des Pitch Shift Reflexes (PSR) zu untersuchen. In diesem Experiment phonieren 80 Teilnehmende (40 schwerhörig, 40 normalhörig) einen Modellaut, während ihnen ihre Stimme über schallisolierende Kopfhörer laut (70dB) und mit rosa Rauschen unterlegt vorgespielt wird. Das somit erzeugte künstliche Signal überschattet das über Luft- und Knochenleitung übertragene auditive Feedback. Anschließend wird in zufälligen Intervallen mit Länge 2s das Frequenzspektrum des Signals digital um 200 Cents (zwei Halbtönen entsprechend) angehoben. Die Reaktion auf die manipulierte Rückkopplung wird als PSR bezeichnet. Die zeitlich genaue Anregung des MdS in Form des PSR erlaubt somit eine Quantifizierung der Unterschiede zwischen Schwerhörenden und Normalhörenden. Da der PSR bei Normalhörigen bereits in [4], sowohl in Tonhöhe (dem Shift folgend oder diesem entgegengesetzt), EEG (Mismatch Negativity [MMN]) als auch endoskopischen Hochgeschwindigkeitsaufnahmen (HSV) der Glottis (Glottal Area Waveform [GAW]) experimentell beobachtet wurde, werden wir diese drei Signalmodalitäten untersuchen (siehe Abbildung 1 [Abb. 1]). Anschließend werden aus den Aufnahmen signalspezifische Parameter, welche das MdS beschreiben, berechnet, wie die Cepstral Peak Prominence für die Stimme, MMN für EEG und GAW für HSV. Anschließend werden die signalspezifischen Parameter auf ihren Zusammenhang mit probandenspezifischen Parametern untersucht. Dies geschieht mit Hilfe linearer Regression, Korrelationsanalyse und Boosted Decision Stumps. Darüber hinaus werden Encoder-Decodernetzwerke angewandt um die Aufnahmen zu komprimieren und somit eine niedrigdimensionale Repräsentation zu erhalten. Die niedrigdimensionalen Repräsentationen werden ebenfalls mittels Korrelationsanalyse in Zusammenhang mit den probandenspezifischen Parametern gebracht, um komplexere Zusammenhänge zwischen Signalanomalien und probandenspezifischen Parametern offen zu legen.

Wir werden nach Durchführung der Studie den Einfluss jedes probandenspezifischen Parameters auf die bekannten und unbekannten Aspekte des MdS, jeweils dargestellt durch signalspezifische Parameter und niedrigdimensionalen Repräsentationen, genau quantifizieren können. Wir erwarten einen Abschluss der Studie im ersten Quartal des Jahres 2026.

Die hohe Teilnehmerzahl von 80 Probanden, welche je 20-mal den Pitch Shift in einem Zeitfenster von 3,5s durchlaufen gepaart mit einer temporalen Auflösung von 20kHz wird zu einem umfangreichen Datensatz von hoher wissenschaftlicher Relevanz vor allem in Bezug auf Machine Learning führen.

Die für das MdS als besonders einflussreich quantifizierten probandenspezifischen Parameter bieten somit neue Ziele für Hörversorgung und die signalspezifischen Parameter für Sprech- und Stimmtherapie.

Diese Arbeit wird von der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unter Num. DO 1247/25-1 und Num. HO 2177/9-1 gefördert.