Kognitive Leistungen und Sprachverstehen im Störgeräusch: Ein Vergleich kognitiver Testverfahren

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1 Kognitive Leistungen und Sprachverstehen im Störgeräusch: Ein Vergleich kognitiver Testverfahren Markus Meis 1, Michael Schulte 1, Matthias Vormann 1, Kirsten Wagener 1, Hartmut Meister 2, Sebastian Rählmann 2,Tobias Neher 3, Rebecca Carroll 3 & Jürgen Kießling 4 1 Hörzentrum Oldenburg GmbH, Oldenburg 2 Jean-Uhrmacher-Institut für klinische HNO-Forschung, Köln 3 Medizinische Physik, Universität Oldenburg 4 Funktionsbereich Audiologie, Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH Schlüsselwörter: Arbeitsgedächtnis, kognitive Leistungen, Sprachverstehen im Störgeräusch, OLSA, Reading Span Test, VLMT, DemTect Einleitung Das für die alltägliche Kommunikation wichtige Sprachverstehen im Störgeräusch ist neben dem individuellen peripheren Hörverlust auch von kognitiven Fähigkeiten, insbesondere von Arbeitsgedächtnisleistungen, abhängig. Dieser Zusammenhang konnte sowohl bei älteren normalhörenden (Meister, Schreitmüller, Grugel et al., 2011) als auch bei älteren hörgeschädigten Personen (Lunner, 2003) nachgewiesen werden. Je schlechter die Arbeitsgedächtnisleistungen, desto schlechter die sprachaudiometrischen Leistungen. Im vorliegenden Untersuchungsdesign wurde der Frage nachgegangen, welche kognitiven Verfahren besonders geeignet sind, sprachaudiometrische Leistungen vorherzusagen. Lunner (2003) konnte bei Hörverlust kompensierten Personen (mittleres Alter: 67 Jahre) eine Korrelation von r=0.63 zwischen Arbeitsgedächtnisleistungen und Leistungen bei unterschiedlichen Verhältnissen von Nutz- und Störsignal ermitteln. Im deutschen Sprachraum wurde der Zusammenhang sprachaudiometrischer mit den kognitiven Leistungen mittels des standardisierten und für den deutschen Sprachbereich normierten Verbalen Lern- und Merkfähigkeitstest (VLMT; Lux, Helmstädter & Elger, 1999) als kognitives Verfahren eingesetzt (Meister, Schreitmüller, Grugel et al., 2011). Ziel der Studie ist weitere deutschsprachige kognitive Testverfahren zur Vorhersage der Sprachverständlichkeit zu identifizieren und deren Relevanz in der audiologischen Forschung vergleichend zu bewerten. Es werden dabei die Testmethoden selbst und erste korrelative Zusammenhänge zwischen den unterschiedlichen kognitiven und sprachaudiometrischen Leistungen, dabei Schwellenmessungen mit 50% und 80% SRT, dargestellt. Methode Probanden Insgesamt nahmen 62 Personen im Rahmen einer multizentrischen Studie (Hörzentrum Oldenburg, Jean- Uhrmacher-Institut für klinische HNO-Forschung an der Universität zu Köln, Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH) teil, davon 71% Personen männlichen Geschlechts. 50 von 62 Personen trugen ein Hörgerät (80,6%). Die Personen waren im Mittel 69.8 Jahre (SD: 9.0 Jahre) bei einer Altersspanne von Jahren. Alle Personen weisen einen relevanten Hörverlust im Bereich von 27,5 db bis 57,5 db (M=41,6, SD=6,7) des besseren Ohres auf (M4 Frequenzen 0.5,1,2 und 4 KHz). Die Zeit, in welcher die Probanden keine Kompensation mit Hörsystemen hatten, betrug im Mittel 9,6 Jahre (SD: 9,5). Kognitive Testbatterie Neben dem VLMT wurden zwei weitere kognitive Testverfahren eingesetzt. Der Reading Span Test von Lunner (2003) wurde in die deutsche Sprache, inkl. linguistischer Standardisierung, übertragen (Carroll, 2012) und eine Matlab basierte Versuchssteuerung entwickelt. Als weiteres Verfahren wurde der ebenfalls für den deutschen Sprachtest normierte DemTect (Kalbe, Kessler & Calabrese et al., 2004) eingesetzt. Die Zusammenschau dieser umfassenden Testbatterie gestattet es korrelative Zusammenhänge im Vergleich genauer zu analysieren. Die drei kognitiven Verfahren werden im Folgenden kurz vorgestellt. Kognitive Leistungen und Sprachverstehen im Störgeräusch 1

2 Verbaler Lern- und Merkfähigkeitstest (VLMT). Der VLMT (Lux, Helmstädter & Elger, 1999) ist ein Test zum seriellen Listenlernen mit nachfolgender Distraktion, Abruf nach Distraktion und halbstündiger Verzögerung sowie einem Wiedererkennungsdurchgang. Das Testmaterial des VLMT besteht aus zwei Wortlisten, die sich aus je 15 semantisch unabhängigen Wörtern zusammensetzen, und einer Wiedererkennensliste, die die 30 Wörter der beiden Wortlisten sowie 20 weitere semantisch bzw. phonematisch ähnliche Distraktorwörter enthält. Mit dem VLMT können unterschiedliche Parameter des deklarativen Verbalgedächtnisses wie die Supraspanne, die Lernleistung, die langfristige Enkodierungs- bzw. Abrufleistung und die Wiedererkennungsleistung erfasst werden. Das Verfahren differenziert vor allem im unteren Leistungsbereich. Eigens für die Untersuchung wurde eine visuelle Matlab Version entwickelt, um eventuelle Einflüsse des defizitären Sprachverstehens auszuschließen (Meister, Schreitmüller, Grugel et al., 2011). Der VLMT enthält insgesamt 10 Subskalen, wobei für diese Untersuchung zwei Subskalen näher betrachtet werden: D1-D5: Summe richtiger Worte über 5 Durchgänge (max. 70 Items) und W-F: Korrigierte Wiedererkennensleistung: Anzahl aus der Lernliste wiedererkannten Wörter abzüglich der bei der Wiedererkennung verzeichneten Fehler (max. 15 Items). Reading Span Test (RST). Lunners Testdesign folgte dem in Baddeley, Logie & Nimmo-Smith (1985) beschriebenen RST, welcher kurze englische Sätze in einem Dual-Task Spannentestdesign darbietet (im Gegensatz zu Daneman & Carpenter, 1980). Es wird angenommen, dass der RST komplexere Arbeitsgedächtnisleistungen statt "simpler" Merkfähigkeit misst. Einzelne Items (Sätze oder Satzteile) müssen nicht nur im Kurzzeitgedächtnis behalten sondern auch verarbeitet werden, was einen zusätzlichen Arbeitsschritt darstellt. Beim Dual-task Design des RST von Baddeley müssen Teilnehmer einerseits die Sätze lesen und deren inhaltliche Plausibilität beurteilen und andererseits möglichst viele Sätze im Gedächtnis behalten. Das Design des deutschen RST basiert auf dem von Baddeley beschriebenen, mit Modifikationen nach Lunner (2003). Die Probanden sollen je nach Schwierigkeitsstufe eine Reihe von drei bis sechs Sätzen pro Block laut vorlesen. Die Sätze werden zügig und phrasenweise mit einer Rate von 800 ms pro Wort visuell auf einem Bildschirm präsentiert (Matlab Implementation). Jeder Satz muss innerhalb von 1,75 Sek. als sinnvoll (plausible) oder als sinnlos (absurd) klassifiziert werden (% korrekt: X% von 54 Sätzen). Gemäß Friedman und Miyake (2005) wurden alle Schwierigkeitsstufen randomisiert gemessen. Nach jedem Block wird der Proband gebeten, entweder die erste oder die letzte Phrase jedes gelesenen Satzes zu wiederholen, wobei die richtige Reihenfolge dabei wichtig ist. Die Lesespanne berechnet sich aus dem relativen Wert der korrekt wiedergegebenen Durchgänge bezogen auf die maximal zu erreichende Punktzahl (RS: X% von 54 Möglichkeiten). DemTect. Der DemTect (Kalbe, Kessler & Calabrese et al. 2004) enthält fünf Aufgaben zu den Funktionen verbales Gedächtnis (wiederholte Liste von 10 Wörtern, max. 20 Items; verzögerter Abruf der Wortliste, max. 10 Items), Wortflüssigkeit ("Supermarktaufgabe" max. 30 Items), Zahlen umwandeln (max. 4 Items) und Zahlen rückwärts (max. 6 Items). Insgesamt konnte ein Rohwert als Gesamtscore des DemTect von maximal 70 erreicht werden. Die Rohwerte des Tests können in Testwerte umkodiert werden (für unter und über 60-Jährige getrennt) und dann aufsummiert werden, so dass die endgültig resultierenden Testwerte unabhängig vom Alter vergleichbar sind. Die transformierte Skala reicht von 0 bis 18 Punkten: Werte ab 13 Punkten sprechen für eine angemessene kognitive Leistung, zwischen 9 und 12 Punkten ist von einer milden kognitiven Beeinträchtigung und bei Werten von 8 und darunter ist von einer Demenz auszugehen. Es handelt sich hier aber um Screening Werte, die einer Verifikation durch eine intensive neuropsychologische Diagnostik bedürfen. Da aber hier individuelle Werte und daher auch altersjustierte Normwerte weniger von Bedeutung sind, wurden die DemTect Rohwerte verwendet. Sprachaudiometrische Verfahren Der Oldenburger Satztest (OLSA, vgl. Wagener, Kühnel, & Kollmeier (1999)) ist ein audiometrischer Test zur Bestimmung der Sprachverständlichkeitsschwelle (Speech Reception Threshold, SRT) in Ruhe und im Störgeräusch in Anlehnung an Hagerman (Hagerman 1982). Als Sprachmaterial werden Sätze der Form Name Verb Zahlwort Adjektiv Substantiv verwendet. Die Abfolge der Wörter ist dabei eine zufällige Kombination aus einem Inventar von insgesamt 50 Wörtern. Alle akustischen Ausgaben wurden über Kopfhörer mittels des Master Hearing Aid (MHA) ausgegeben (Grimm, Herzke, Berg & Hohmann, 2006). Als Zielverstärkung für Schwerhörende wurde NAL-RP eingestellt. Gemessen wurden immer zwei Übungslisten und anschließend zwei Testlisten von jeweils 20 Sätzen einmal mit hörverlustausgleichender Verstärkung (NAL-RP) und einmal ohne Verstärkung (NOGAIN). Dann jeweils für den SRT bei 50% und bei 80% einmal mit Verstärkung und einmal ohne Verstärkung, so dass insgesamt vier unterschiedliche sprachaudiometrische Messungen über Kopfhörer vorgenommen wurden. In jeder Bedingung wurde das Nutzsignal wie auch das kontinuierliche Rauschen (OLNOISE) beidohrig präsentiert. Das Rauschen Kognitive Leistungen und Sprachverstehen im Störgeräusch 2

3 wurde aus dem Nutzsignal generiert, so dass die spektralen Eigenschaften des Nutz- und Störsignals identisch waren. In jeder Bedingung wurde das Rauschen mit einem Pegel von 65 db SPL präsentiert und das Nutzsignal adaptiv verändert bis 50% bzw. 80% Verständlichkeit erreicht wurden. Als sprachaudiometrisches Leistungsmaß gilt der individuell erreichte SRT. Ergebnisse Sprachaudiometrische Leistungen Insgesamt zeigte sich, dass die Versorgung mit dem Master Hearing Aid (NAL-RP) bei dem OLSA mit 50% SRT- Schwelle ein Benefit von M=1,4 db in Vergleich zur NOGAIN Bedingung erreicht wurde. Bei der 80% SRT-Schwelle wurde ein Gewinn von 2,6 db erzielt. Der SRT von 80% wurde nur bei 58 Personen gemessen, da diese Testungen nachgezogen wurden. Kognitive Leistungen Bei dem Reading Span Test (N=62) wurden 21von 54 Sätzen (M=39%; SD=10,7) korrekt memoriert, was um ca. 5% geringer ist, als in der Untersuchung von Lunner (2003). Bei dem DemTect (N=46) wurde ein Rohwert von M=48,5 (SD=8,7) erreicht. Beim DemTect zeigte eine Person das Screening Ergebnis "Demenzverdacht", acht Probanden eine "leichte kognitive Beeinträchtigung" und 37 Probanden eine "altersgemäße kognitive Leistung". Der DemTect wurde bei zwei Standorten nachgezogen, so dass nicht mehr alle Teilnehmer erreicht werden konnten. Beim VLMT (N=62) wurde bei dem Maß D1-D5 über alle Personen ein Wert von M=48,5 (SD=10.9) von maximal 70 erreicht. Korrelation VLMT und sprachaudiometrische Leistungen Es wurden die Scores D1-D5 und die korrigierte Wiedererkennensleistung RC-F des VLMT mit allen vier sprachaudiometrischen Scores korreliert. Tabelle 1: Korrelationen zwischen Maßen des VLMT und sprachaudiometrischen Tests VLMT VLMT RC-F -,281, ,099, ,293, ,111, VLMT D1-D5 -,490, ,351, ,451, ,341, Legend: VLMT RC-F: Corrected recognition VLMT D1-D5: Sum :D1-D5 recall r=pearson correlation, p=2-tailed significance, significant results in bold letters, N=sample size Tabelle 1 zeigt, dass bei dem Summenscore des VLMT (Recall) durchweg höhere Korrelationen als bei der Wiedererkennensleistung zu beobachten waren, vgl. Abbildung 1 für die NAL-RP und Abbildung 2 für die NOGAIN Bedingung. Die höchsten Korrelationen waren hierbei zum "versorgten" OLSA SRT 50% aufgetreten. Bei der 80% SRT Variante des OLSA sind auch deutliche Zusammenhänge zwischen den Gedächtnisleistungen und dem Sprachverstehen ermittelt worden, jedoch sind die Korrelationen etwas schwächer ausgeprägt. r=-0.49 r=-0.35 Abbildung 1: Scatterplott Olsa SRT 50% / NAL-RP und VLMT D1-D5 Abbildung 2: Scatterplott Olsa SRT 50% / NOGAIN und VLMT D1-D5 Kognitive Leistungen und Sprachverstehen im Störgeräusch 3

4 Korrelation RST und sprachaudiometrische Leistungen Es wurden die beiden Scores des RST (% korrekt plausibel oder absurd und % erinnert (=remembered)) mit allen vier sprachaudiometrischen Scores korreliert. Tabelle 2: Korrelationen zwischen Maßen des RST und sprachaudiometrischen Tests RST RST % correct,038,770 62,146, ,006,964 58,173, RST % remembered -,342, ,214, ,425, ,201, Legend: r=pearson correlation, p=2-tailed significance, significant results in bold letters, N=sample size Wie Tabelle 2 zeigt, ist die höchste Korrelation zwischen dem RST Score (% erinnert) bei dem versorgten Olsa SRT 80% aufgetreten. Bei den unversorgten Messungen (NOGAIN) sind keinerlei signifikante Korrelationen zu verzeichnen. Korrelation DemTect und sprachaudiometrische Leistungen Es wurden die Scores des Demtect mit allen vier sprachaudiometrischen Scores korreliert. Die höchsten Korrelationen von r=-0,43 traten zwischen dem versorgten OLSA 50% SRT und der Summe der Rohwerte auf. Bei den einzelnen Sub-Tests waren nur bei der "Wortliste 1 und 2" und der "Supermarktaufgabe" nennenswerte Korrelationen von bis zu r=-0,41 und bis zu -0,35 zu verzeichnen, vgl. Tabelle 3. Tabelle 3: Korrelationen zwischen Maßen des DemTect (DT) und sprachaudiometrischen Tests DT DT Word list I -,336, ,245, ,379, ,288, DT Numbers,147,330 46,137, ,024,879 42,125, DT Supermarket -,348, ,250, ,307, ,206, DT Numbers backw. -,273,067 46,007, ,269, ,037, DT Word list II -,411, ,264, ,342, ,234, DT All scales (sum) -,434, ,280, ,420, ,247, Legend: r=pearson correlation, p=2-tailed significance, significant results in bold letters, N=sample size Neben den gedächtnisrelevanten Variablen des DemTect (Wortliste 1 und Wortsliste 2), zeigt auch die "Supermarktaufgabe" signifikante Korrelationen zu sprachaudiometrischen Leistungen in der versorgten NAL- RP Bedingung, besonders dabei bei der 50% Schwelle. Wie schon beim RST waren keinerlei signifikante Korrelationen zu verzeichnen, wenn die sprachaudiometrischen Messungen unversorgt (NOGAIN) durchgeführt wurden. Diskussion Es zeigte sich, dass der Summenscore D1-D5 des VLMT am höchsten mit den sprachaudiometrischen Leistungen des versorgten OLSA NAL-RP/ SRT 50% zusammenhängt. Weitere hier nicht näher ausgeführte Analysen deuten darauf hin, dass dieser Zusammenhang bei jüngeren Probanden unter 71 Jahren (Mediansplit) stärker ausgeprägt ist. Beim RST zeigte sich ein etwas anderes Ergebnismuster. Hier wurde der größte Zusammenhang zwischen dem RST (% korrekt erinnerte Items) mit dem versorgten OLSA NAL-RP/ SRT 80% ermittelt; dieser Zusammenhang war weitestgehend altersinvariant. Der Zusammenhang des DemTect Rohsummenwertes zu den sprachaudiometrischen Leistungen war von der Tendenz her wie zum Summenwert des VLMT, jedoch schwächer ausgeprägt. Kognitive Leistungen und Sprachverstehen im Störgeräusch 4

5 Insgesamt konnte gezeigt werden, dass der Zusammenhang zwischen kognitiven und sprachaudiometrischen Leistungen dann stärker war, wenn der periphere Hörverlust kompensiert wurde. Eine Sub-Skala des DemTect zur Erfassung der Wortflüssigkeit zeigte ebenfalls einen signifikanten Zusammenhang zu den sprachaudiometrischen Leistungen. Dieser Typus von Aufgaben adressiert neben mnestischen Funktionen, vor allem die kognitive Flexibilität und somit auch exekutive Funktionen. Laut Lurito, Kareken & Lowe et al. (2000) umfassen die hierfür notwendigen Leistungen die interne Initiierung von verbalen Reaktionen und eine strategische Suche im lexikalischen Gedächtnis, so dass neben den hier beschriebenen Gedächtnisleistungen auch exekutive Funktionen Zusammenhänge mit sprachaudiometrischen Leistungen aufweisen. Insgesamt sind die korrelativen Maße zwischen Gedächtnisleistungen und sprachaudiometrischen Leistungen schwächer ausgeprägt als bei Lunner (2003). Der Frage, ob dies z.b. mit einer anderen Altersrange, in der vorliegenden Studie wurden Personen bis 86 Jahren befragt, oder mit anderen Faktoren, wie z.b. die hier eingesetzte Hörverlustkompensation über das Master Hearing Aid, begründet werden kann, wird in nachfolgenden Analysen detaillierter nachgegangen. Danksagung Förderung durch das BMBF Projekt Modellbasierte Hörsysteme II (01EZ1127A) und Gestaltung altersgerechter Lebenswelten (GAL) des MWK / Niedersächsisches Vorab (ZN 2701) Literatur Baddeley, A., Logie, R., & Nimmo-Smith, I. (1985). Components of fluent reading. Journal of Memory and Language, 24, Carroll, R. (2012). Development of a German Reading Span Test. Unpublished deliverable. University of Oldenburg/ Hörzentrum Oldenburg. Daneman, M., & Carpenter, P. A. (1980). Individual differences in working memory and reading. Journal or Verbal Learning and Verbal Behavior, 19, Friedman, N. P., & Miyake, A. (2005). Comparison of four scoring methods for the reading span test. Behavior Research Methods, 37(4), Grimm, G, Herzke, T; Berg, D; Hohmann, V. The Master Hearing Aid: A PC-Based Platform for Algorithm Development and Evaluation. Acta Acustica united with Acustica, Volume 92, Number 4, July/August 2006, pp (11). Hagerman, B. (1982). Sentences for testing speech intelligibility in noise. Scandinavian Audiology, 11, Kalbe, E., Kessler, J., Calabrese, P., Smith, R., Passmore, A. P., Brand, M. & R. Bullock, R.(2004). DemTect: a new, sensitive cognitive screening test to support the diagnosis of mild cognitive impairment and early dementia. International Journal of Geriatric Psychiatry, 19, Lunner, T. (2003). Cognitive function in relation to hearing aid use. International Journal of Audiology, 42, S49- S58. Lux, S., Helmstaedter, C., Elger, C.E. (1999). Normierungsstudie zum Verbalen Lern- und Merkfähigkeitstest (VLMT). Diagnostica, Volume 45, Number 4. Lurito JT, Kareken DA, Lowe MJ, Chen SH, Mathews VP (2000) Comparison of rhyming and word generation with FMRI. Hum Brain Mapp 10: Meister H, Schreitmüller S, Grugel L, Landwehr M, von Wedel H, Walger M, Meister I. Examination of speech perception and cognitive functioning in the elderly. HNO Jul;59(7): Wagener, K.C., Kühnel, V., Kollmeier, B. (1999). Entwicklung und Evaluation eines Satztests in deutscher Sprache I: Design des Oldenburger Satztests. Z Audiol 38 (1), 4-15 Kognitive Leistungen und Sprachverstehen im Störgeräusch 5