Für Menschen mit einer verminderten Hörfähigkeit ist es wichtig, dass Gesprochenes gut artikuliert wird, damit die Inhalte auch verstanden werden. Neben der Artikulation ist auch die Stimmlage der Sprechenden ein wichtiges Element. Die Sprachverständlichkeit hängt aber auch von äusserlichen Bedingungen ab wie Raumakustik, Lärm, Geräusche oder Diskussionen im Hintergrund; denn diese erschweren das Hören. Im Gegensatz dazu erleichtern Hörgeräte, die Aneignung von Lippenlesen oder die simultane Spracherfassung auf einem elektronischen Gerät das Hören und Verstehen. Der Frequenzbereich, in dem die wichtigsten sprachlich-akustischen Merkmale sind, liegt zwischen etwa 1 und 4 Kilohertz. Nathalie Giroud stellt fest, dass «Gesprächspartner nach mehrmaliger Nachfrage des Hörbeeinträchtigten oftmals dazu übergehen, lauter zu sprechen, obwohl dies den Betroffenen nicht hilft».
Forschungsergebnisse zeigen, dass das Verstehen gesprochener Sprache nicht allein vom Gehör abhängt. Ebenso wichtig sind die auditive und sprachliche Verarbeitung im Gehirn sowie kognitive Prozesse wie Aufmerksamkeit und Arbeitsgedächtnis. Hörverlust und eine verminderte Wahrnehmung feiner akustischer Unterschiede gehen mit Veränderungen der grauen Substanz in kortikalen Hirnregionen einher. Verfolgt man die Gehirnaktivität in Echtzeit, lässt sich beobachten, wie neuronale Veränderungen mit Schwierigkeiten bei der Sprachverständlichkeit und dem Sprachverständnis zusammenhängen. «Dieser Befund geht über die blossen Auswirkungen der Hörsensitivität hinaus und hat wichtige Auswirkungen auf die psychosoziale Gesundheit, die Lebensqualität und die Kommunikation der betroffenen Menschen», betont Nathalie Giroud. Ihr Fazit ist denn auch: «Eine blosse Verstärkung durch Hörgeräte reicht oft nicht aus, um die Herausforderungen des Sprachverständnisses bei älteren Menschen oder Hörgeschädigten zu bewältigen.»
Die gesprochene Sprache erzeugt Schallwellen, die im Innenohr die Haarzellen zum Vibrieren bringen und die in elektrische Signale umgewandelt werden. Über den Hörnerv gelangen die Signale ins Gehirn, wo Frequenzen, Lautstärken, Klangfarben und räumliche Herkunft analysiert und interpretiert werden. Die Sprachverarbeitung beruht auf komplexen Hirnnetzwerken. Es gibt nicht eine einzige Stelle im Gehirn, die die Sprache verarbeitet. Verschiedene Hirnareale arbeiten zusammen und tauschen ständig Informationen aus. Dieses Zusammenspiel ist individuell, weshalb zwei Menschen mit ähnlichem Hörverlust Sprache unterschiedlich gut verstehen können.
Bei Menschen mit einer Hörschädigung werden die Signale aus dem Innenohr nicht nur leiser, sondern auch verzerrter und unvollständiger an das Gehirn weitergeleitet. Das Gehör muss die unvollständige Information aus dem Signal ergänzen, muss die Sprache aus den bereits erwähnten äusseren Bedingungen extrahieren und Worte oder Sätze über Kontext- und Vorwissen ergänzen. Das Gehirn muss also eine erhöhte Höranstrengung und kognitive Verarbeitungsleistung aufbringen, um Fehlendes zu kompensieren. Das führt dazu, dass andere kognitive Prozesse vernachlässigt werden.
Nathalie Giroud interessiert, wo diese kompensatorische Neuroplastizität – der Umbau der Hirnverarbeitung – beginnt; wie und wo das Gehirn Umweltreize erkennt und wie es darauf reagieren kann; und wie es Gedanken und Gefühle ausdrücken und diese kommunizieren kann.
Der Ausgleich fehlender akustischer Information durch mehr kognitive Verarbeitung, Aufmerksamkeit und alternative neuronale Strategien funktioniert oft nur begrenzt und kostet Energie. Betroffene können Gespräche oft mitverfolgen, sind danach aber erschöpft. Die Kompensation verbessert zwar das Sprachverstehen, ersetzt die fehlenden Hörinformationen jedoch nicht vollständig. Nathalie Giroud verweist auf Studien, die zeigen, dass bei schwächer werdenden Sprachsignalen zusätzliche Hirnnetzwerke aktiviert werden, insbesondere präfrontale und aufmerksamkeitsbezogene Regionen. Sie und ihr Team untersuchen, welche Netzwerke aktiv sind und wie sie interagieren. Die Worte Sofa und Stuhl beispielsweise werden durch unterschiedliche Aktivitätsmuster in Netzwerken von Nervenzellen repräsentiert. So können mit der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT) Aktivitäten von Hirnregionen über Veränderungen der Durchblutung indirekt gemessen werden. Mittels maschinellen Lernens werden so oft Vorhersagen gemacht, beispielsweise welche Kategorien von Begriffen oder Objekten gerade verarbeitet werden.
«Wir untersuchen, ob die gemessenen Muster für Sofa und Stuhl ähnlich sind», führt Nathalie Giroud aus. Die elektrophysiologischen Verfahren (EEG, MEG) erlauben es, elektrische oder magnetische Aktivitäten mit hoher zeitlicher Auflösung zu messen. Nach Präsentation eines Wortes lassen sich bereits Unterschiede erkennen. Diese Unterschiede können hoch, mittel oder nur gering sein. Daraus lässt sich eine semantische Landkarte des Gehirns erstellen.
Nathalie Giroud und ihr Team versuchen auch den Satzaufbau und den Sinn eines Satzes zu verstehen. Im Gegensatz zu Worten sind Silben akustisch markiert, weil sie messbar lauter, länger oder höher gesprochen werden, und dadurch auch besser hörbar. Menschen mit einer hohen Kapazität des Arbeitsgedächtnisses erreichen bessere Sprachverständniswerte als Menschen mit vergleichbarem Audiogramm. Dies lässt den Schluss zu, dass kognitive Kompensation einen erheblichen Anteil der Leistungsunterschiede erklären kann.
Das Phantomrauschen ist existent, weil es in die neuronalen Schaltkreise des Gehirns eingeprägt wurde. Es entsteht eine Wahrnehmung ohne entsprechenden Reiz von aussen. Bei einem Hörverlust gelangen weniger akustische Signale zum Gehirn. Das Hörsystem versucht dies auszugleichen, indem es seine interne Verstärkung erhöht. Synapsen sind Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen, an denen elektrische Signale in chemische und anschliessend wieder in elektrische Signale umgewandelt werden. Kommt es dabei zu einem Ungleichgewicht zwischen erregenden (exzitatorischen) und hemmenden (inhibitorischen) Neurotransmittern, können daraus überaktive Nervennetzwerke hervorgehen. Diese werden als Geräusche wie Töne, Pfeifen oder Rauschen wahrgenommen.
Nathalie Giroud weist darauf hin, dass sich Tinnitus nicht immer durch fehlende Hörinformationen erklären lasse. Stress, Müdigkeit oder Anspannung können den Tinnitus ebenfalls verstärken, obwohl sich am Ohr selbst nichts verändert hat. «Die Erforschung des Tinnitus hilft zu verstehen, wie das Gehirn akustische Realität konstruiert – ein Prozess, der auch dem Sprachverstehen zugrunde liegt», meint Nathalie Giroud. Die Betrachtung des chronischen Tinnitus als Störung im Gehirn eröffnet grundlegend andere therapeutische Ansätze.
«Konstanter Lärm ist Gift für unser Ohr und somit das Sprachverständnis.»
Prof. Nathalie Giroud, Universität ZürichGezieltes Hör- und Wahrnehmungstraining hilft, ungünstige Anpassungen durch Reizüberflutung des Gehirns zu vermeiden oder abzuschwächen. Diese Überkompensationen des Gehirns, die sehr vielseitig sein können, werden in einem bedarfsbezogenen Hörtraining systematisch angegangen. Nathalie Giroud erklärt dazu: «Wir arbeiten im praktischen Training mit der virtuellen Realitätsbrille und einem Mundart-Sprachmodell für den Avatar als Gesprächspartner der zu trainierenden Person. Mit diesem Werkzeug simulieren wir beispielsweise Restaurantsituationen. Um Erfolge zu erfassen, verändern wir die Umgebungssituation oder spielen ähnliche Stimmen ein.»
Wenn die Probanden viele verschiedene Inhalte gleichzeitig erfassen müssen, kann eine Überaktivierung eintreten. Das Gehirn sollte sich auf den Inhalt fokussieren, wird aber von Hintergrundgeräuschen abgelenkt. Die im Programm hinterlegten adaptiven Algorithmen helfen, die optimale Konfiguration zu finden, damit das Gehirn wieder besser zwischen Inhalt und Umgebungsgeräusch differenzieren kann.
Es gibt auch auditorische kognitive Trainings, die ganzheitlich sind. Mit Pro Audito Schweiz hat das Team um Giroud ein Training zum Lippenlesen entwickelt. Lippenlesen ist ein visueller Vorgang, der das Gehör unterstützen soll. Betroffene können die Bewegung des Munds verfolgen und nutzen, weil der visuelle Vorgang viel schneller erfassbar ist als der auditive. Unterschiede zwischen den Buchstaben M und N oder F und S kann man gut sehen, aber schwer verstehen, weil sie hochfrequent sind. Im Training mit der virtuellen Brille sind die visuellen Aspekte deshalb eingebaut. Menschen mit einer Hörverminderung und einem audiovisuellen Manko machen so auch Fortschritte bei Aufgaben, die sie nicht trainiert haben. Die Übertragung des Gelernten auf neue Situationen ist ein Gradmesser für ein erfolgreiches Training, das auch zu Hause durchgeführt werden kann.
Die Kombination von Hören und Lesen erlaubt Menschen, das Gesprochene besser zu verstehen. Es gibt viele Hörsituationen, in denen die Kombination sehr hilfreich ist, wie in online Meetings, Videoclips, Filmen oder Fernsehsendungen. Trotz dieser technischen Fortschritte können die vielen Informationen bei Hörgeschädigten wieder zu Überforderungen führen. In einem solchen Fall ist es angebracht, sich auf das Gehörte zu fokussieren und das Lippenlesen oder den Text zu ignorieren. Deshalb ist entscheidend, die persönlichen Herausforderungen der Hörgeschädigten zu eruieren.
Für forschende Neurowissenschaftler:innen sind die Entwicklungen zur Verbesserung der Hörfähigkeit auf Ebene des Gehirns von grossem Interesse. Bis diese Erkenntnisse jedoch in konkrete Anwendungen überführt werden können, sind komplexe regulatorische Vorgaben zu erfüllen. Die staatlichen Förderorganisationen Schweizerischer Nationalfonds SNF und Innosuisse bieten das Programm BRIDGE an, das Forschende dabei unterstützt, ihre Ergebnisse rasch in Produkte oder Dienstleistungen umzuwandeln.
«Wir sind froh über dieses Programm. Es erlaubt uns, unsere Testsysteme, die in einer frühen Phase stecken, zusammen mit Partnern weiterzuentwickeln und zu skalieren, damit sie Akustiker:innen wie auch ärztlichem Fachpersonal zur Nutzung zugänglich gemacht werden können», betont Nathalie Giroud.
Bei ihren Forschungsprojekten haben Nathalie Giroud und ihr Team immer wieder festgestellt, dass die Stimme von Menschen mit verminderter Hörfähigkeit, Aussagen über deren Gesundheitszustand machen könnten. Wenn Sprachaufnahmen vorliegen, die über einen längeren Zeitraum durchgeführt wurden, könnte künftig ein System individuelle Abweichungen von ihrer gewohnten Stimme erkennen. Solche Veränderungen sind oft aussagekräftiger als Vergleiche zwischen Betroffenen und der Durchschnittsbevölkerung.
Der Hörakustiker Christoph Schwob hat in einem SATW-Interview zur Hörfähigkeit die gleiche Aussage bezüglich der frühen Durchführung eines Audiogramms bei Jugendlichen gemacht. Die Stimme bietet sich somit als potenzielles Frühwarnsignal an. Computergestützte Analysen können unzählige Merkmale in einer Stimme gleichzeitig auswerten. KI-gestützte Stimmanalysen werden helfen, Menschen mit auffälligen Stimmen oder Stimmveränderungen frühzeitig zu erfassen. Ähnlich wie das Blutdruckgerät, das erste Hinweise auf eine mögliche Erkrankung liefert. Studien zeigen, dass Veränderungen der Stimme bei Parkinsonkrankheiten Jahre vor den Bewegungsstörungen messbar sind. Das gilt auch für die Alzheimerkrankheit, wo sich Sprach- und Sprechmuster schon in frühen Stadien verändern.
Mehrere Start-ups haben Parkinson als erstes Anwendungsgebiet gewählt. Bei der Parkinsonerkrankung werden die Feinmotorik von Kehlkopf, Zunge und Atemmuskulatur beeinflusst, bevor das Zittern deutlich wird. Die Unternehmen verfolgen die Idee, dass Veränderungen in Stimme, Sprache, Atmung und Sprechmuster als digitale Biomarker (Stimmstabilität, Sprechmelodie, Artikulation, Sprechtempo und Rhythmus) für Krankheiten genutzt werden können. Der Engpass ist die klinische Validierung, weil nur mit validierten Studien der Nachweis des Nutzens erbracht werden kann. Der Weg dieser neuen Produkte in den medizinischen Alltag ist holprig und langwierig. Ein gutes Beispiel für eine erfolgreiche Umsetzung in diese Richtung ist die deutsche Firma EVOCAL Health. Das Unternehmen hat eine geräteunabhängige Plattform entwickelt, die es ermöglicht, Stimmdaten von Patient:innen zu erfassen, zu überwachen und zu analysieren, um eine Vielzahl von Merkmalen in der menschlichen Stimme zu identifizieren, die in direktem Zusammenhang mit Erkrankungen stehen.
| Rolle | Titel + Name |
|---|---|
| Text von | Kaspar Eigenmann, Daniel Gygax |
| Expertise | Nathalie Giroud |
