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Gesundheit, Therapie und Soziales

Der Schrei des Säuglings – und was er uns über Störungsbilder mitteilt

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von Alexander Pradka, am 20.11.2019

Immer wieder geschieht es, dass Kinder offensichtlich viele Jahre ein Entwicklungsproblem mit sich herumtragen, dieses aber offenbar schwer zu fassen ist. Die Diagnose, dass das betroffene Kind beispielsweise an einem Syndrom, also einer angeborenen genetischen Abweichung, die die Entwicklung stört, leidet, folgt dann eventuell erst im Schulalter. Auch eine Fehlbildung der Artikulationsorgane, eine frühkindliche neurologische Störung oder eine Hörstörung können vorliegen. Ein sich gerade in der Entwicklung befindliches Analyseverfahren könnte den Leidensweg der Betroffenen und ihrer Angehörigen abkürzen: Die Analyse des Säuglingsschreis. Ein Forschungsprojekt der Hochschule Fresenius könnte den Weg dazu ebnen. Die Ergebnisse zur Erkennung von Störungen sind viel versprechend, zeigen aber, dass zur Validierung noch weiter geforscht werden muss. Ein Gespräch mit Prof. Dr. Carla Wegener und Prof. Dr. Tanja Fuhr.

Frau Prof. Dr. Wegener, Frau Prof. Dr. Fuhr, warum ist es sinnvoll, bei der Untersuchung möglicher Störungen beim Schrei eines Säuglings anzusetzen?

Prof. Dr. Tanja Fuhr: Der Schrei ist eines der neuromuskulär am höchsten auflösenden Systeme. Säuglinge sehen noch nicht so gut und können sich auch noch nicht so gut bewegen. Der Schrei hingegen zwingt aber schon recht viele Muskeln und Hirnnerven zu einer Art Symbiose der Verarbeitung. Tatsächlich ist zu Beginn des menschlichen Daseins noch kaum ein System so weit entwickelt wie die Stimmgebung, an deren Anfang der Schrei steht. Unterschiedliche Systeme müssen sehr fein zusammenarbeiten. Man kann den Schrei schon fast wie eine Sprache interpretieren. Er enthält wie sie wichtige Informationen – wenn auch auf trivialerer Ebene – und signalisiert uns, ob das Kind Hunger oder Schmerzen hat, ob es müde ist oder Aufmerksamkeit einfordert. Jede Schreikategorie hat unterschiedliche akustische Eigenschaften. Können wir das dekodieren, wissen wir, welches Bedürfnis das Kind hat. Oder eben auch, ob eine Störung vorliegt.

Prof. Dr. Carla Wegener: Der Schrei ist ein Teil des Spracherwerbs. Es ist dasselbe System und über die Zeit nähern wir uns vom Schrei ausgehend über das Lallen der eigentlichen Sprache an. In diesem Zeitraum verändern sich die Parameter des Schreis. Ich kann mir nun über den zeitlichen Verlauf diese Entwicklung ansehen, etwa bis zur Vollendung des ersten Lebensjahres. Eine andere Methode zur Klassifizierung von Schreien – und diese haben wir in dem Projekt angewendet – ist die stationäre Betrachtung. Wir analysieren ein Schreisignal im Mittel und untersuchen die Parameter dieses einzelnen Schreis. Wir klären ab, ob in welcher Form der Schrei als gesund oder pathologisch einzuordnen ist.

Wie sind Sie im Rahmen Ihres Forschungsprojekts vorgegangen?

Prof. Dr. Tanja Fuhr: Wir haben gemeinsam mit verschiedenen Partnerinstitutionen 72 Säuglinge untersucht. Aus den Schreiperioden, die ein Säugling produziert, müssen diejenigen herausgefiltert werden, die sich für die Analyse eignen. Das sind zum Beispiel schon einmal nur solche, die beim Ausatmen erfolgen, Säuglinge können auch beim Einatmen schreien. Dann sehen wir uns die Eigenschaften des Schreis an, dabei geht es ausschließlich um akustische Parameter. Wie ist die Grundfrequenz, wie ist die Intensität, wie lange dauert der Schrei an? Die Phonetik gibt uns drei Systeme vor, die wir analysieren können: Das ist einmal all das, was auf Stimmbandebene passiert, zum anderen was darunter geschieht – also wie gut arbeiten die Zwischenrippenmuskeln, wie viel Lungenvolumen ist vorhanden, wie gut ist der Atemdruck. Und schließlich spielen die Abläufe oberhalb der Stimmbänder eine Rolle: Wie geht das Schallsignal durch Rachen- und Mundbereich, wie wird es dort reflektiert? Bestimmte Parameter zeigen uns, dass Abweichungen von einem gesunden Schrei vorliegen.

Welche Art von Störungen hatten die Säuglinge?

Prof. Dr. Tanja Fuhr: Manche von ihnen hatten ein zu weiches Knorpelgewebe am Kehlkopf, andere hatten eine Hörstörung – konkret fehlte ihnen das auditive Feedback zu ihrem eigenen Schrei. Die dritte Kategorie betraf Kinder mit einer Lippen-Kiefer-Gaumenspalte. Außerdem haben wir uns Säuglinge angeschaut, die während des Geburtsvorgangs einen Sauerstoffmangel erlitten haben. Insgesamt sprechen wir also über vier verschiedene Störungsbilder.

Prof. Dr. Carla Wegener: Ich möchte an dieser Stelle ergänzen, dass sich eine Lippen-Kiefer-Gaumenspalte schon mit dem bloßen Auge erkennen lässt und eine Schreidiagnostik nicht erforderlich ist. Die Untersuchung war für uns aber eine notwendige Voraussetzung dafür, dass wir künftig wesentlich schwieriger festzustellende Störungen wie beispielsweise die verdeckte Gaumensegelspalte über das gleiche Verfahren verifizieren könnten.

Welche Erkenntnisse haben Sie gewonnen?

Prof. Dr. Tanja Fuhr: Erstmals ist es uns gelungen, nicht nur die Unterscheidung zwischen gesundem und pathologischem Schrei zu treffen, sondern vor allem eine Klassifizierung innerhalb der Störungsbilder vornehmen zu können. Bisherige Verfahren beschränkten sich auf den ersten Teil. Mit dem von uns angewendeten mechanisch-automatisierten Verfahren haben wir zudem bei den pathologischen Schreien eine Trefferquote von 99 Prozent erzielt. Repräsentativ ist das Ergebnis zwar nicht, dafür ist die Stichprobe zu klein, aber es ist wirklich bemerkenswert gut.

Haben Sie einen Vergleich zum menschlichen Ohr? Können wir mit unserer Hörleistung ähnliche Resultate erzielen?

Prof. Dr. Carla Wegener: Diesen Vergleich haben wir tatsächlich im Rahmen des Projekts angestellt. Gruppen mit völlig verschiedenen Voraussetzungen, Eltern, sehr erfahrene Personen wie zum Beispiel Hebammen, Erwachsene, die keine Kinder haben, haben entsprechende Hörtrainings durchlaufen. Ein Ergebnis ist, dass mit den Schulungen alle Gruppen relativ schnell auf denselben Hörlevel kommen können. Das menschliche Ohr ist dem maschinellen Verfahren indes deutlich unterlegen. Zwar konnten die Testpersonen in 89 Prozent der Fälle korrekt zwischen gesund und pathologisch unterscheiden, bei der Klassifizierung von verschiedenen Störungsbildern sank diese Quote aber auf 64 Prozent. Das ist zwar ein gutes Ergebnis, aber eben im Vergleich bei weitem nicht gut genug.

Eine Standardisierung des Verfahrens und damit einhergehend eine flächendeckende Verbreitung erscheinen auf Grundlage der Testergebnisse sinnvoll – denken wir an Krankenhäuser, aber auch an Kinderarztpraxen. Wie hoch wäre der technische Aufwand?

Prof. Dr. Tanja Fuhr: Im Ganzen brauchen wir drei Komponenten: Wir müssen den Schrei aufnehmen können, wir benötigen ein Analyseverfahren für die akustischen Parameter sowie ein Dataminingverfahren, das die Störungsbilder richtig einordnet. Viele Prozesse in diesem Verfahren sind also schon automatisiert. Wenn wir nun einen großen Datenpool hätten und wir auf dieser Basis definitiv die Aussage treffen könnten, dass die Ergebnisse auf die Allgemeinheit zutreffen, dann braucht man eigentlich nur mehr ein Gerät, das Aufnahme und Analyse integriert. Das könnte schon ein Smartphone mit einer entsprechenden App sein. Der technische Aufwand wäre demnach sehr gering.

Wie wäre an den größeren Datenpool heranzukommen? Wie geht es weiter?

Prof. Dr. Tanja Fuhr: Wir haben mit unserem Projekt den Grundstein für eine groß angelegte Studie gelegt. Wir wissen jetzt, dass es grundsätzlich zuverlässige akustische Parameter gibt. Dank der hohen Trefferquote ist die Schlussfolgerung erlaubt, dass diese Parameter sensitiv für bestimmte Störungsbilder sind. Wir wissen, welche Einstellungen wir vornehmen müssen und haben ein technisches Analyseverfahren. Was noch aussteht, ist die Validierung: Pro Störungsbild bräuchten wir eine repräsentative Anzahl an Säuglingen, anhand derer wir das erzielte Ergebnis verifizieren können. Dann haben wir eine allgemeingültige Aussage. In einem denkbaren Aufbauprojekt könnten wir die Forschung vorantreiben und noch mehr feststellen, zum Beispiel welche Unterschiede sich bei abweichenden Dezibelstärken des einzelnen Schreis zeigen oder wie sich Komorbiditäten auswirken. Das wäre etwa der Fall, wenn ein Säugling eine Hörstörung und eine Lippen-Kiefer-Gaumenspalte hat.

Prof. Dr. Carla Wegener: Die Herausforderung ist, auf der einen Seite Forschungs- und Fördergelder zu bekommen sowie auf der anderen Seite – und das ist wesentlich schwieriger – die relativ große Zahl an Säuglingen zu erreichen. Zum einen sprechen wir von seltenen Störungsbildern, zum anderen haben Eltern mit einem Kind, das eine Krankheit hat, nachvollziehbarer Weise erst einmal andere Sorgen als an einem Forschungsprojekt teilzunehmen. Wir müssen hier Aufklärungsarbeit betreiben, denn unsere Untersuchungsmethoden sind harmlos. Wir erzeugen den Schrei nicht, sondern nehmen diesen nur auf und gehen in die Analyse – das ist nichts, was das Kind in irgendeiner Weise beeinträchtigt. Das Ergebnis der Risiko-Nutzen-Analyse fällt eindeutig sehr positiv aus.

Über den Autor

Alexander Pradka
Alexander Pradka ist Teil der adhibeo-Redaktion. Er ist Pressesprecher der Hochschule Fresenius gem. GmbH und in dieser Funktion zuständig für die Bereiche Gesundheit & Soziales, Chemie & Biologie sowie Wirtschaft & Medien am Standort Wiesbaden.

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