Cochlear Expertenreihe Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten

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1 Cochlear Expertenreihe Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel Research Manager Germany Wilhelm Busch

2 Inhaltsverzeichnis 1 Musikhören mit dem CI 3 2 Was ist Musik? Frequenzunterscheidung versus Musikhören Klangfarbe (Timbre) Tonhöhe versus Pitch Tonotopie Periodizitätsanalyse Akustische Täuschung Shepard-Tonleiter Tonschritte im abendländischen Tonsystem Musik versus Sprache Wovon hängt der Musikgenuss ab? 13 3 Wie überträgt ein CI Musik? Sprachkodierungsstrategie Elektrodogramme Stromausbreitung in der Cochlea 16 4 Musik-MAP Anzahl der Elektroden Input Dynamic Range FAT Frequency Allocation Table Signalvorverarbeitung Fazit Musik MAP 22 5 Wie messen wir eigentlich das Musikhören? Fragebögen Psychoakustische Studien Musiktests eine Auflistung Objektive Verfahren zum Musikhören 26 6 CI-Träger können keine Musik genießen Prälingual ertaubte, früh versorgte CI-Träger (Kinder) Postlingual ertaubte, erwachsene CI-Träger Stand der Literatur Hörerfahrung postlingual ertaubter CI-Träger Dauer der Taubheit Neuronale Plastizität Lateralisation von Hirnfunktionen Was kann man tun, um das Musikhören bei CI-Trägern zu verbessern? Tonale Sprachen und absolutes Gehör Musik und Training Musik mit Gesang Restgehör Tipps für CI-Träger Zukünftige Entwicklungen, MP Zusammenfassung 44 8 Literatur 46 2 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

3 1. Musikhören mit dem CI Cochlea-Implantate wurden ursprünglich entwickelt, um tauben Menschen eine Möglichkeit zur lautsprachlichen Kommunikation zu geben. Mit zunehmend besseren medizinischen Methoden und der Entwicklung atraumatischer Elektroden sowie verbesserter Signalverarbeitung kommen auch immer komplexere Hörleistungen in den Fokus, wie zum Beispiel das Musikhören. Genereller Konsens war lange Zeit, dass die meisten CI-Träger keine Musik hören. Allerdings muss man hier zunächst eine sprachliche respektive semantische Präzisierung vornehmen: Jeder CI-Träger kann Musik hören - die Frage ist, ob er die gehörte Musik auch genießen kann. Um das Thema Musikhören mit CI zu verstehen, muss man sehr unterschiedliche Aspekte betrachten. 2. Was ist Musik? Obwohl jeder Musik kennt und die meisten sie auch hören, ist eine Definition von Musik im Gegensatz zu Sprache und Geräuschen nicht einfach. Musik ist etwas sehr Persönliches und Subjektives. Man betrachte nur die unterschiedlichen Musikstile, die von dem einen als Wohlklang, von dem anderen dagegen als Krach oder Lärm eingestuft werden (Abbildung 1). Abbildung 1 Was ist Musik? Unterschiedliche Musikstile aber derselbe Heino? Manchmal ist es schon schwer, die Musik der eigenen Kinder als Musik einzustufen und dann wird man sich schmerzlich bewusst, dass dies bei der Beurteilung unserer Eltern und unserer Musik ganz genauso war. Das SCAN-Programm des Cochlear Nucleus 6 Systems klassifiziert die akustische 3 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

4 Hörumgebung in sechs unterschiedliche Hörsituationen, unter anderem auch Musik. Aber es erstaunt nicht wirklich, dass auch SCAN manche Musik nicht als Musik klassifiziert, schon gar nicht, wenn sie bis an die Schmerzgrenze laut gespielt wird. 2.1 Frequenzunterscheidung versus Musikhören In zahlreichen Studien wird die Fähigkeit der Frequenzunterscheidung untersucht, um daraus auf das Musikhören zu schließen. Die Fähigkeit, Frequenzen zu unterscheiden, ist sicherlich eine notwendige Voraussetzung, die Frage ist nur wie gut man unterscheiden können muss und ob dies wirklich etwas über das Musikhören und die Möglichkeiten des Musikgenießens aussagt. Ein kleiner Exkurs in die Physik (Abbildung 2). Abbildung 2 Schematische Darstellung von zwei unterschiedlichen Sinustönen: oben tieferer Ton mit großer Amplitude; unten höherer Ton mit geringerer Amplitude In zahlreichen Untersuchungen wird zur besseren Quantifizierung des Stimulus gern ein Sinuston verwendet. In der Abbildung 2 ist oben ein tieferer Sinuston (wg. Schwingungen pro Sekunde) mit höherer Amplitude und unten ein höherer Ton mit geringerer Amplitude dargestellt (jeweils dargestellt im Energie-Frequenz-Spektrum rechts). Ein Ton in der Musik ist aber kein Sinuston, den es übrigens in der gesamten Natur nicht gibt, sondern physikalisch gesehen ein Klang (Abbildung 3). Ein Klang besteht aus einem Grundton und mehreren Obertönen/Harmonischen. Die Obertöne sind ein ganzzahliges Vielfaches des Grundtones und können sich in ihrer Amplitude unterscheiden. 4 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

5 Abbildung 3 Schematische Darstellung eines Klanges, der aus Grundton und mehreren Obertönen/Harmonischen besteht: Einzelne Sinustöne (oben) bilden zusammen den Klang (unten) Abbildung 4 Schematische Darstellung von Klängen mit (oben) unterschiedlichen Amplituden der Obertöne und (unten) das Phänomen der missing fundamental Hinzu kommen Wahrnehmungsphänomene, die von der Physik des Reizes unabhängig sind: Wird der Grundton eines Klanges physikalisch entfernt, sind wir trotzdem in der Lage, den Klang so zu hören, als ob der Grundton vorhanden sei. Das Phänomen wird als missing fundamental bezeichnet; unserer Gehirn ergänzt den Grundton aus der Kombination der Obertöne. Bei der Sprache können wir deshalb auch Vokale erkennen, wenn sie von unterschiedlichen Sprechern (Mann, Frau, Kind) und damit in unterschiedlichen Frequenzbereichen abgebildet werden. Auch bei alten Telefonen wurde der Grundton meist nicht mitübertragen und man konnte trotzdem den Sprecher erkennen. 5 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

6 Musik besteht also nicht aus Sinustönen, sondern aus Klängen und ist ein hoch komplexes akustisches Signal, welches sich zudem auch noch in der Zeit verändert. Diese Charakterisierung trifft natürlich auch auf die menschliche Sprache zu (Abbildung 5). Abbildung 5 Komplexe akustische Signale: Die menschliche Sprache (Vokale a, i und e) als Analogbild (links) und Klangspektren von verschiedenen Musikinstrumenten mit unterschiedlichen Obertönen (rechts) 2.2 Klangfarbe (Timbre) Ein weiterer Aspekt der Musik ist die Klangfarbe, auch Timbre genannt. Timbre ist das Attribut des akustischen Reizes, mit dem wir Instrumente und auch Stimmen unterscheiden können. Die Klangfarbe eines Musikinstrumentes wird bestimmt durch (Abbildung 6): die Anzahl und Stärke der Obertöne die harmonischen Obertöne wie zum Beispiel bei den schwingenden Saiten der Saiteninstrumente (Chordophone) oder bei der schwingenden Luftsäule der Blasinstrumenten (Aerophone) nicht-harmonische Schwingungen wie zum Beispiel die Anschlag-Geräusche bei Saiteninstrumenten, die Anblas-Geräusche bei Blasinstrumenten und Orgelpfeifen oder die Konsonanten der menschlichen Stimme den zeitlichen Verlauf beim Anspielen und Ausklingen des Tons 6 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

7 Abbildung 6 Schema Timbre oder Klangfarbe aus: Büchler M, Lai WK, Dillier N Musik hören mit dem Cochlea- Implantat Lust oder Frust?, Universitätsspital Zürich Die unterschiedlichen Musikinstrumente unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Klangfarbe und können von normalhörenden Probanden in der Regel gut unterschieden, möglicherweise aber nicht unbedingt benannt, werden (Abbildung 7). Abbildung 7 Unterschiedliche Instrumente haben eine unterschiedliche Klangfarbe/Timbre: Schlaginstrumente (oben), Blasinstrumente (mitte) und Saiteninstrumente (unten) 7 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

8 Schlaginstrumenten wie Trommel, Xylophon, Kirchenglocke, Stimmgabel oder Gong haben kurze Zeitkonstanten (0,1 Sekunden bis 10 Sekunden), daher sind die Tonhöhen/Pitch nicht immer einfach und sicher zuzuordnen. Trotzdem besitzen zum Beispiel alle Schlaginstrumente eines Schlagzeugs unterschiedliche Tonhöhen und werden auch nach Noten gespielt, die nicht nur die Dauer bestimmen. Zu den Blasinstrumenten wie den Blech- und Holzblasinstrumenten zählt auch die menschliche Stimme, denn auch unsere Stimme wird durch einen Luftstrom und Vibrationen der Stimmlippe im Kehlkopf erzeugt. Der Resonanzraum dieser Instrumente führt meist zu einer gut erkennbaren Tonhöhe. Auch die Saiteninstrumente wie Klavier, Gitarre und Geige erzeugen gut unterscheidbare Tonhöhen. 2.3 Tonhöhe versus Pitch In der vorwiegend angelsächsischen Literatur wird der Begriff Tonhöhe mit Pitch übersetzt, allerdings meinen die beiden Begriffe nicht wirklich dasselbe. Dass der musikalische Ton physikalisch kein Ton, sondern ein Klang ist, wurde ja bereits dargestellt. Bob Shannon, ein bekannter Forscher im Bereich des Cochlear-Implantates, hat auf einer Konferenz in Asilomar 2003 zusammengefasst The most important unresolved problem in cochlear implants is Coding of Complex Pitch. Leider hilft uns dieses imposante Statement nicht wirklich weiter. Auch aus der Hörphysiologie des Normalgehörs kennen wir unterschiedliche Mechanismen zur Kodierung der Tonhöhe sowie Wahrnehmungsphänomene, die deutlich zeigen, dass unsere Pitch-Wahrnehmung keine einfache Tonhöhenerkennung, also keine Frequenzunterscheidung im physikalischen Sinne, ist Tonotopie Das klassische, bekannte und im CI genutzte Verfahren zur Tonhöhenkodierung ist die Tonotopie (Bekesy): Aufgrund der Anatomie der Cochlea werden hohe Frequenzen stapesnah und tiefe Frequenzen nahe am Helicotrema abgebildet. Diese räumliche Auftrennung der Frequenzen (eines zeitlichen Parameters des Stimulus) nutzt man auch im CI: unterschiedliche akustische Frequenzbänder werden - in Strompulse gewandelt - auf unterschiedlich tief liegenden Elektrodenkontakten in der Cochlea abgegeben. Dabei werden die hohen Frequenzen, analog zum normalen Hören, basal und die tiefen Frequenzen apikal stimuliert Periodizitätsanalyse Ein ganz anderes und davon unabhängiges Verfahren ist die Periodizitätsanalyse: Luftschall, im einfachsten Fall ein Sinus, ist Verdichtung und Verdünnung des Mediums Luft oder anders gesagt, es entstehen am Trommelfell Druck und Sog. Dies führt zu einer Einwärts- und Auswärtsbewegung und letztendlich bei der Haarsinneszelle im Cortischen Organ zu einer De- oder Hyperpolarisation. Die 8 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

9 Anzahl der Druckbewegungen (oder Sogbewegungen) ist identisch mit der Anzahl der Schwingungen pro Sekunde, das heißt also der Frequenz. Zählt unser Ohr die Anzahl der Druckbewegungen pro Sekunde, ist dies die Frequenz, also die Tonhöhe. Dieser Mechanismus ist ortsunabhängig und funktioniert grundsätzlich in der gesamten Cochlea. Während die Tonotopie wahrscheinlich vorwiegend für die Formantenerkennung bei Vokalen usw. genutzt wird, scheint die parallel laufende Periodizitätsanalyse eine entscheidende Rolle bei der Prosodie und der Sprechererkennung, also eher tieffrequenten Signalen, zu spielen. Neben diesen beiden grundlegenden Mechanismen des Normalgehörs zur Kodierung von Tonhöhen/Pitch gibt es noch wahrnehmungsphysiologische Mechanismen wie zum Beispiel die missing fundamental, Kombinationstöne, fundamental tracking oder kombinierte Wahrnehmungen: So beeinflusst die Tonhöhe die wahrgenommene Lautstärke und umgekehrt. So komplex die Wahrnehmungen des Pitches sind, so wichtig ist Pitch für unser alltägliches Leben: Über die Prosodie unterscheiden wir Frage- und Aussagesätze und wir unterscheiden Sprecher. In den tonalen Sprachen, zum Beispiel Chinesisch, verändert die Intonation der gleichen Silbe vollständig die Bedeutung des Wortes. Ohne Pitch könnten wir weder Harmonien noch Musik ganz allgemein genießen Akustische Täuschung Shepard-Tonleiter Eine schöne akustische Täuschung ist die Shepard-Tonleiter (Abbildung 8). Obwohl die Tonleiter endlich ist (13 Töne), erscheint sie beim wiederholten Spielen als ständig aufsteigend. Grund für diese an die optischen Täuschungen von Escher erinnernde akustische Täuschung ist die Tatsache, dass es sich nicht um reine Töne, sondern jeweils um den Zusammenklang von vier Musiktönen mit jeweils unterschiedlicher Intensität handelt. Das Wechselspiel von Tonhöhe und Intensität bestimmt unsere Pitch-Wahrnehmung. 9 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

10 Abbildung 8 Visuelle Illustration der Shepard-Tonleiter (Abb. von Escher; links) und Erklärung der Shepard- Tonleiter (rechts) Auch bei CI-Trägern kennt man das Phänomen der Interaktion zwischen Tonhöhe und Lautstärke: beim sogenannten Balancing sollen Elektroden mit unterschiedlicher Tonhöhe (Frequenzbänder) auf gleiche Lautheit eingepegelt werden eine auch für Normalhörende sehr schwierige Aufgabe, die nur bei Jugendlichen/Erwachsenen in der Folgeanpassung durchgeführt werden kann. 2.4 Tonschritte im abendländischen Tonsystem Zum Abschluss des Themas Frequenzunterscheidung muss man noch berücksichtigen, dass unsere Musikwahrnehmung in hohem Maße durch unsere Kultur und unsere Erziehung beeinflusst ist. Betrachtet man die Tonschritte im abendländischen Tonsystem (Abbildung 9), ist die Schrittgröße der Halbton und nicht ein absoluter minimaler Frequenzunterschied. 10 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

11 Abbildung 9 Frequenzen der chromatischen Tonleiter in der Musik Die Oktave ist ein Musikintervall aus acht Halbtonschritten (c, d, e, f, g, a, h, c ), bei der die Frequenz des tieferen zu der des höheren Tons im Verhältnis 1:2 steht oder einfacher ausgedrückt: die Frequenz verdoppelt sich! Die Schrittweite ist dabei relativ groß und sowohl bei der reinen wie auch der temperierten Stimmung von C nach C jeweils Hz. Zwei Töne im Abstand einer Oktave erscheinen sehr ähnlich, fast wie ein Einklang (Prime). In der Summe bedeutet dies, man muss nicht über eine überragende Frequenzdiskrimination verfügen (Halbton), sondern sehr komplexe akustische Signale (Musiktöne) gleichzeitig verarbeiten und über die Zeit (Melodie) integrieren. Rhythmus wird im Allgemeinen sehr gut mit einem CI übertragen. Weitere Parameter zur Kennzeichnung von Musik sind: Metrum = zugrunde liegende Zeiteinheit Rhythmus = Muster aus betonten und unbetonten Schlägen Melodie = zeitliche Folge verschiedener Tonhöhen Harmonie = Kombination verschiedener Tonhöhen zur gleichen Zeit Artikulation = Übergänge aufeinanderfolgender Töne 2.5 Musik versus Sprache Die Musik hat aufgrund der Komplexität des akustischen Signals sehr viele Gemeinsamkeiten mit der Sprache, aber es gibt auch ganz wesentliche Unterschiede: Sprache ist oftmals fokussiert auf nur einen Sprecher; dieser kann auch verstanden werden, wenn die Tonhöhe nicht stimmt, zum Beispiel bei einem Telefonat mit dem Mobiltelefon aus dem Cabrio; 11 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

12 auch wenn die Tonhöhe aufgrund der schlechten Übertragung nicht stimmt, wird der Sprecher verstanden, das heißt, Sprache ist optimiert auf das Verstehen. Musik besteht oftmals aus mehreren Schallquellen (mehrere Instrumente, Gesang) und dies gleichzeitig! Wenn die Tonhöhe nicht richtig wiedergeben wird, ist die Melodie zerstört, das heißt, Musik ist optimiert auf das sich Erfreuen. Abbildung 10 Vergleich der akustischen Komplexität von Sprache (links) und Musik (rechts) Versucht man den Unterschied zwischen Sprache und Musik in eine anschauliche Metapher zu übersetzen, kommt man zu einem ähnlichen Unterschied wie dem zwischen Trinken und Genießen, das heißt dem Vergleich eines Glases Wasser zu einem wohlschmeckenden Wein (Abbildung 11). Abbildung 11 Metapher zum Unterschied Sprachverstehen und Musikhören Diese Metapher macht in idealer Weise auch noch auf ein grundsätzliches Problem aufmerksam: Wenn wir den Musikgenuss allein mit Hilfe der Technik des CI verändern wollten, wäre das genauso, als ob 12 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

13 man den Wein chemisch analysieren würde und aus der Zusammensetzung die Eigenschaft wohlschmeckend für alle Weingenießer ableiten wollte. Natürlich kann dies nicht funktionieren, denn der eine präferiert Rotwein, der andere Weißwein, der eine trocken, der andere lieblich. Die Bewertung des Weingeschmacks ist genauso subjektiv wie die Bewertung von Musik. Dies bedeutet im Umkehrschluss jedoch nicht, dass man nicht die Signalverarbeitung eines CI für Musik verbessern kann und auch sollte. 2.6 Wovon hängt der Musikgenuss ab? Unser Musikgenuss wird durch viele Parameter beeinflusst. Ein wichtiger Aspekt ist die Erfahrung: Prof. E. Altenmüller (Hannover): Musikhören ist ein menschliches Grundbedürfnis und Wir erlernen die Sprache der Musik durch das Hören von Musik. Circa 40% unseres Musikhörens sind angeboren und ca. 60% werden nachgeburtlich erworben; auch die Sprache der Eltern wird vor dem Spracherwerb als Musik wahrgenommen. Lernen spielt eine wichtige Rolle und unser Musikgeschmack ist in hohem Maße kulturabhängig (Prägung ab dem 10. Monat): zum Beispiel von unterschiedlichen Harmonien/Melodien in Europa und Asien. Musik und auch unser Musikgeschmack unterliegen einem permanenten Wandel (von Kinderliedern bis zu Rock oder Klassik). Nur ca. 2-5% der Bevölkerung sind musiktaub, das heißt, sie besitzen eine angeborene Amusikalität. Musik ist subjektiv, individuell verschieden, erzeugt körperliche Reaktionen (zum Beispiel Gänsehaut) und ist sehr emotional: Musik aktiviert im Zentralnervensystem die Zentren für Belohnung und Emotion ebenso wie Nahrung und Sex. Natürlich ist das Musikhören auch von der Fähigkeit zu Hören und der nachgeschalteten zentralnervösen Verarbeitung abhängig. Taub geborene Menschen haben deshalb eine völlig andersartige Musikerfahrung als Normalhörende. Die etablierte Rehabilitationsmaßnahme für an Taubheit grenzende Schwerhörigkeit ist das Cochlea-Implantat und damit kommt diese Neuroprothese als Nadelöhr für das Musikhören ins Spiel. Ein CI muss die wesentlichen akustischen Merkmale der Musik ebenso wie die der Sprache übertragen, damit ein CI-Träger Musik hören kann. Dies ist eine notwendige, aber leider keine hinreichende Voraussetzung: Musikhören muss erlernt werden, genauso wie die Sprache. Basierend auf der Bedeutung der postnatalen (Musik-) Hörerfahrung ist die Ausgangssituation bei postlingualer Ertaubung eine ganz andere als bei prälingualer Ertaubung. Ein weiterer erheblicher Unterschied beim Musikhören von CI-Trägern ist eine vorhandene und nutzbare Resthörigkeit (Hybrid ) und/oder eine bimodale Versorgung (kontralaterales Hörgerät). Wie ein CI Musik überträgt und ob diese Qualität ausreichend ist für einen Musikgenuss, betrachten wir im nächsten Kapitel. 13 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

14 3. Wie überträgt ein CI Musik? 3.1 Sprachkodierungsstrategie Grundsätzlich muss jedes akustische Signal mittels einer Sprachkodierungsstrategie, zum Beispiel ACE, analysiert und in Strompulse überführt werden (Abbildung 12). Aus einem kontinuierlichen komplexen Schallsignal wird jeweils nur ein definiertes Zeitfenster analysiert. Mit einer FFT (Fast Fourier Transformation) wird das komplexe Signal analysiert und in 122 einzelne Sinusschwingungen und deren korrespondierende Amplituden zerlegt. Diese 122 Werte werden dann in 22 Frequenzgruppen, die den 22 Elektroden des Nucleus Implantats entsprechen, zusammengefasst. Aus diesen 22 Frequenzbändern werden in der Regel acht Bänder gewählt (Anzahl der Maxima 1-22 einstellbar bei der SP-Anpassung), die die meiste Energie tragen, basierend auf der Annahme, dass dies auch die Frequenzbänder sind, die das Nutzsignal enthalten. Über diese acht Elektroden wird entsprechend der Amplitude elektrisch stimuliert. Im nächsten Zyklus wird das direkt anschließende Zeitfenster (de facto überlappend) des Eingangssignals genauso analysiert und wieder werden die acht Frequenzbänder mit der höchsten Energie stimuliert. Dies können, abhängig vom akustischen Eingangssignal, andere Frequenzbänder und damit Elektroden sein. Zusätzlich zur Sprachkodierungsstrategie müssen die einzelnen elektrischen Parameter für jeden CI-Träger individuell bei der Anpassung des Soundprozessors (MAP) eingestellt werden. Abbildung 12 Schematische Darstellung der Sprachkodierungsstrategie ACE; Zeitbereich: analoges Eingangssignal, Frequenzbereich: FFT-analysiertes Signal, Elektrodenbereich: Zusammenfassung in Frequenzgruppen korrespondierend zu den Elektroden, Auswahl von acht Maxima (rot) 14 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

15 Wenn man sich das Grundprinzip der Verarbeitung von Schallsignalen in einer Sprachkodierungsstrategie anschaut, wird klar: es gibt keine Schalter für das a, sch oder u es gibt auch kein Englisch-Modul und es wird auch keines geben es gibt keinen Unterschied zwischen Sprache, Geräusch und Musik Gerade der letzte Punkt ist entscheidend: Ein CI soll und muss alle für den normalhörenden Menschen hörbaren Schallereignisse genauso wie das Ohr übertragen. Die Unterscheidung, ob es sich dabei um Lärm, Geräusche, Sprache und/oder Musik handelt, wird auf höherer (zentraler) Ebene entschieden. 3.2 Elektrodogramme Eine erste Betrachtung, wie ein CI Musik überträgt, zeigen Elektrodogramme. Ein Elektrodogramm ist eine zweidimensionale Darstellung des Stimulationsmusters eines CI über die Zeit für ein definiertes Schallsignal ganz analog zum Spektrogramm. Auf der X-Achse ist die Zeit dargestellt, auf der Y- Achse die Frequenz (im Spektrogramm; höhere Frequenz oben) respspektive die Elektrode (im Elektrodogramm; höheres Frequenzband oben) und in der Farbkodierung die Intensität (Abbildung 13). Abbildung 13 Spektrogramme (jeweils links, grün) und Elektrodogramm (jeweils rechts, blau) für verschiedene Instrumente: Klarinette, Piano, Trompete und Violine; aus Haumann S, Mühler R, Ziese M, von Specht H Diskrimination musikalischer Tonhöhen bei Patienten mit Cochlear Implants 9. DGA Jahrestagung 2006 Auf den ersten Blick erkennt man, dass die Spektrogramme (grün) sehr viel mehr differenzierbare Obertöne enthalten als die Elektrodogramme (blau). Vergleicht man die Elektrodogramme der verschiedenen dargestellten Instrumente sieht man deutliche Unterschiede, was bedeutet, dass sich 15 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

16 die elektrischen Stimulationsmuster unterscheiden. Dies ist sicher eine Voraussetzung für die subjektive Unterscheidung der Musiktöne der einzelnen Instrumente. Der Folgeschluss, dass CI-Träger diese Instrumente auch anhand der Klangfarbe/Timbre unterscheiden können, ist jedoch nicht zulässig. Hier ist lediglich das Stimulationsmuster am Ende der Elektroden in der Cochlea dargestellt, was noch keine Rückschlüsse auf die Wahrnehmung zulässt. 3.3 Stromausbreitung in der Cochlea Ein generelles Problem ist die Fokussierung der Stromausbreitung in der Cochlea. In der Theorie geht sicher jeder davon aus, dass mit der Stimulation einer einzelnen Elektrode auch nur ein sehr kleiner Bereich der Hörnervenfasern stimuliert wird. Untersuchungen von Cohen et al (SOE Spread of Excitation, NRT) zeigen jedoch, dass bei einer Einzelstimulation mit einer perimodiolaren Elektrode ca. 6% (5,86%) und bei einer lateral liegenden Elektrodenposition sogar 11% (10,95%) des gesamten Cortischen Organs stimuliert werden (Abbildung 14). Die realen elektrischen Felder sind also sehr viel breiter als erwartet. Um eine Überlagerung der Felder benachbarter Elektroden und damit eine unkontrollierte Stimulation (Summation) zu vermeiden, benutzen alle zurzeit auf dem Markt befindlichen Systeme eine sequentielle Stimulation, das heißt, dass zu einem Zeitpunkt immer nur eine Elektrode aktiv ist. Dennoch werden die gleichen Regionen der Hörnervenfasern durch benachbarte Elektroden elektrisch stimuliert, was letztlich dann zu einem weiteren Verschmieren der tonotopen elektrischen Stimulation führt. Abbildung 14 Schematische Darstellung der Stromausbreitung bei Stimulation einer Einzelelektrode. Bei perimodiolarer Lage (Contour Advance ;oben) und bei lateraler Elektrodenposition (Straight; unten) 16 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

17 Welche Auswirkungen die Stromausbreitung und auch die Frequenzbandauflösung auf die Übertragung von Musik haben, zeigt die folgende Grafik (Abbildung 15). Im Spektrogramm (hellgrau) ist der Musikton g, gespielt von einer Blockflöte, dargestellt; man kann deutlich die Grundfrequenz von 784 Hz sowie neun Obertöne erkennen. In schwarz vorgestellt sind die aktiven Elektroden eines N24- Implantates: aus dem Spektrogramm finden sich im Elektrodogramm nur die Grundfrequenz und die ersten vier (+1) Obertöne. Das CI kann nicht alle neun Obertöne exakt übertragen, das heißt, es muss in der Wahrnehmung zu Einbußen in der Klangfarbe/Timbre kommen. Dies bedeutet wiederum, dass es zu Verwechselungen in der Instrumentenidentifikation oder allgemein zu Klangeinbußen kommt. Abbildung 15 Spektrogramm (grau) und aktive Elektroden N24 bei einem Blockflötenton g ; aus Michael Buechler, Waikong Lai, Norbert Dillier University Hospital Zurich, ENT Dept Neben der Unschärfe im Bereich der Elektroden-Nervenkopplung, dem elektrischen Feld, gibt es noch eine zweite Unschärfe. Ein Sinuston, dessen Frequenz der Zentrumsfrequenz eines Frequenzbandes entspricht, wird im Rahmen der Signalverarbeitung auch exakt in nur diesem Frequenzband abgebildet. Erhöht man aber die Intensität des gleichen Tones, werden gleichzeitig auch die benachbarten Elektroden stimuliert (Abbildung 16). Ursachen hierfür sind die Flankensteilheiten der Filterbänder. Dieses Verhalten, welches man zunächst als Fehler interpretiert, ist aber durchaus physiologisch sinnvoll: Erstens gibt es in der Natur keine Sinussignale und zweitens ist unser gesamtes Nervensystem ausgelegt für die Verarbeitung von Mustern. 17 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

18 Abbildung 16 Elektrodogramm eines Sinustones bei geringer Intensität 25 db SPL (A) rechts und des gleichen Sinustones bei 65 db SPL (A) links 4. Musik-MAP Immer wieder wird die Frage diskutiert, ob man die Musikwahrnehmung verbessern kann durch eine spezielle Anpassung des Soundprozessors, also durch eine Art Musik-MAP. Eine MAP ist ein individuelles Hörprogramm, in dem zahlreiche Parameter, wie zum Beispiel die Stromwerte einzelner Elektroden, bei der Soundprozessoranpassung eingestellt werden. In der Regel wird diese MAP auf das Sprachverstehen, meist im Störlärm der normalen Hörsituation, optimiert. Der CI-Träger gewöhnt sich an diese Stimulation und das Gehirn maximiert den Informationsgewinn. Ohne Grund sollte man also eine bewährte MAP nicht verändern. Eine Musik-MAP zusätzlich zur normalen Sprach-MAP wäre eine erhebliche Veränderung, die wieder einer Gewöhnung bedarf. Man kann nicht beliebig zwischen unterschiedlichen MAPs hin und herschalten wie in einem TV-Programm. Allein schon diese Überlegung schränkt das Maß der Unterschiedlichkeit beider MAPs ein. Man kann aber sehr wohl einzelne Parameter verändern. Die in Frage kommenden Parameter einer MAP, die möglicherweise zu einer Verbesserung des Musikhörens beitragen könnten, sind: Signalvorverarbeitungen (für Musik) FAT = Frequency Allocation Table (Frequenz-Elektroden-Zuordnungstabelle) IDR Input Dynamic Range (Akustische Eingangsdynamik) Anzahl der Elektroden und/oder Erhöhung der Anzahl von Maxima Erhöhung der Update- und Stimulationsrate Lautheitsanstiegsfunktion Sprachkodierungsstrategie (für Musik und tonale Sprachen) Dabei könnten sich die einzelnen Parameter auch synergistisch ergänzen. 18 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

19 4.1 Anzahl der Elektroden Die Anzahl der Elektroden des Systems hat mit Sicherheit einen erheblichen Einfluss, vorausgesetzt der CI-Träger ist in der Lage, die einzelnen Elektroden (Frequenzbänder) auch getrennt wahrzunehmen. Schon ältere Arbeiten zeigen (Singh et al. XXX), dass das Sprachverstehen mit der Anzahl der Elektroden steigt und man darf sicher annehmen, dass dies auch für das Musikhören gilt. Mit steigender Anzahl unterscheidbarer Elektroden vergrößert man physikalisch die Unterscheidung immer kleiner werdender Frequenzbänder. Abbildung 17 Verbesserung des Vokal- und Konsonantenverstehens mit steigender Anzahl von Elektroden; aus Singh et al. XX 4.2 Input Dynamic Range Die akustische Eingangsdynamik (angegeben als T-SPL und C-SPL; default=25 db und 65 db) definiert welche Signale als leise und laut abgebildet werden. 25dB=sehr leise und 65 db und größer als laut. Da ein CI grundsätzlich der lautsprachlichen Kommunikation dient, ist die Breite des IDR bei allen Cochlear Systemen per Default auf 40 db, den Dynamikumfang für Sprache, eingestellt. Abhängig von der Umgebungslautstärke kann man dieses Dynamikfenster von 40 db in den lauteren oder den leiseren Bereich verschieben (manuell per Sensitivity, automatisch durch Auto Sensitivity Control ASC). Man kann die Breite des IDR jedoch in der Software auf bis zu 75 db erweitern. Wenn man sich den Dynamik- und Frequenzumfang des Menschen hinsichtlich Sprache und Musik anschaut (Abbildung 18), stellt man fest, dass Musik einen wesentlich größeren Dynamikumfang (60-90 db) als Sprache (40 db) hat. 19 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

20 Abbildung 18 Schematische Darstellung der Frequenzen und Intensitäten des hörbaren Bereiches, der Musik und der Sprache des Menschen Würde eine Vergrößerung des IDR auch zu einem besseren Musikhören führen? Die Arbeitsgruppe um Prof. Dillier in Zürich hat unterschiedliche Musikstile, alle auf CD ( Musik-Konserve ), auf ihren Dynamikumfang hin untersucht und das Ergebnis ist erschreckend ( Abbildung 19). Abbildung 19 Dynamikumfang unterschiedlicher Musikstile auf CD; aus Michael Buechler, Waikong Lai, Norbert Dillier, University Hospital Zurich, ENT Dept Die weitaus meisten Musikdarbietungen auf CD haben weniger als 40 db Dynamikumfang, nur wenige erreichen gerade 45 db. Der auf Sprache optimierte IDR von 40 db bei Cochlear Systemen reicht also in den allermeisten Fällen vollkommen aus. Würde man hier den IDR erweitern, käme neben dem 20 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

21 Nutzsignal (Musik) nur mehr Störsignal (Rauschen etc.) herein. Anders ist dies aber unter Umständen bei einem Live-Konzert. Hier könnte die Aufweitung des IDR durchaus sinnvoll sein und den Musikgenuss verbessern. 4.3 FAT Frequency Allocation Table Die FAT = Frequency Allocation Table ist die Zuordnung der einzelnen Frequenzbänder zu den Elektroden. In der Regel wählt man die Standardeinstellung mit einem Frequenzbereich von Hz in tonotoper Anordnung. In einer Studie von DiNardo und Kollegen 2011 konnte gezeigt werden, dass eine indivuell optimierte FAT bei acht von zehn CI-Trägern der Studie zu einer Verbesserung der Melodieerkennung führt (Abbildung 20). Die Individualisierung der FAT erfolgte aufgrund von Pitch Matching Ergebnissen (n=10). Abbildung 20 Verbesserung der Identifikation einer Melodie-Contour nach individueller Optimierung der FAT (Frequency Allocation Table) Aber auch hier erkennt man, dass diese Maßnahme zu individuell unterschiedlichen Ergebnissen führte (S2 und S6 keine Veränderung; S1, S3 und S9 erst nach längerer Tragedauer; alle anderen direkte und bleibende Verbesserung). 4.4 Signalvorverarbeitung Die eleganteste Form einer Optimierung für das Musikhören wäre sicherlich die Signalvorverarbeitung, die automatisch oder manuell bei Bedarf zugeschaltet werden kann, da sie die 21 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

22 Sprachkodierungsstrategie und die elektrischen Parameter der MAP nicht verändert. Cochlear bietet mit dem Nucleus 6 System ein Programm Musik an, welches sich bei SCAN auch automatisch aktiviert. Für den Laien suggeriert diese Programmbezeichnung, dass dieses Programm jeden CI- Träger durch reines Einschalten zum Musikhören/Musikgenießen befähigt. Dies ist natürlich nicht der Fall: Das Programm Musik des N6 optimiert die Signalvorverarbeitung für das Musikhören, indem zum Beispiel eine Rundum-Mikrofoncharakteristik gewählt wird, leise akustische Signale in der Intensität angehoben werden, signaltragende Frequenzbänder in den gut hörbaren elektrischen Bereich des individuellen Patienten abgebildet und störsignaltragende Frequenzbänder in ihrer Intensität reduziert werden. All diese Maßnahmen dienen dazu, den Schallreiz Musik optimal in den individuellen Hörbereich des Patienten (anhand der individuellen MAP) abzubilden. Ob der CI-Träger die Musik dann wirklich genießen kann, entscheidet sich an anderer (zentraler) Stelle. 4.5 Fazit Musik-MAP Zurzeit gibt es keinen wissenschaftlichen Nachweis, dass die Änderung irgendeines MAP-Parameters bei allen CI-Trägern zu einer generellen Verbesserung des Musikhörens führen. Es ist aber unter Umständen möglich durch die Änderung einzelner MAP-Parameter das Musikhören einzelner CI-Träger zu verbessern (zum Beispiel durch Aufweitung des IDR für Live-Konzerte). Leider gibt es zurzeit auch keine objektiven Messmethoden zur Bestimmung dieser individuell optimierten MAP-Parameter, das heißt, die Optimierung der Soundprozessoreinstellung erfolgt nur durch Versuch und Irrtum - ein sehr zeitraubender Prozess mit ungewissem Ausgang, der aufgrund der oftmals angespannten Personallage und des Zwanges zur Wirtschaftlichkeit in den Kliniken nur selten beschritten werden kann. 5. Wie messen wir eigentlich das Musikhören? Es gibt zurzeit keine objektiven Tests für das Musikhören bei CI-Patienten, aufgrund der Subjektivität der Musikrezeption wird es wahrscheinlich auch zukünftig keine geben. Was man allerdings messen kann, sind spezielle Teilleistungen des Musikhörens: Unterscheidung von Tonhöhen (Frequenzdiskrimination) Erkennen bekannter Melodien (oder Musikstile) Identifikation von Instrumenten Unterscheidung von Rhythmen, Melodien, Klängen Erkennen der Anzahl von Instrumenten Erkennen von Harmonien Fähigkeit, selbst zu musizieren oder zu singen Fragebögen 22 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

23 Objektive Verfahren Abgesehen vom Musizieren und Singen zielen die meisten Tests auf Diskriminationsleistungen ab und es stellt sich die Frage, inwieweit ein gutes/schlechtes Abschneiden im Test irgendetwas über den Musikgenuss aussagen kann. Muss ich wissen, welches Instrument spielt oder wie viele Instrumente spielen, um Musik genießen zu können? 5.1 Fragebögen Fragebögen bei postlingual ertaubten Patienten sind geeignet für eine Statusaufnahme und geben Auskunft über die subjektive Selbst- oder Fremdeinschätzung zu einem Zeitpunkt. Sie erfassen die subjektive Zufriedenheit und individuelle Gewohnheiten und sie sind geeignet, Präferenzen zu ermitteln (zum Beispiel Vergleich von A und B). Sie sind aber nicht geeignet, die Hörleistung objektiv zu bestimmen, grundsätzliche Erkenntnisse über das Musikhören mit CI zu gewinnen oder gar das Musikhören von CI-Trägern zu verbessern. Viele der Tests setzen zudem eine musikalische Vorbildung voraus oder fragen nach Empfindungen/Einschätzungen aus der Vergangenheit ( Wie war Ihr Musikhören vor der CI-Versorgung? ). Die Frage Kennen Sie den Unterschied zwischen Klavier und Geige? kann man meist auch ohne Vorbildung beantworten, die Fragen Kennen Sie den Unterschied zwischen Bratsche und Violine? oder den Unterschied zwischen Tuba und Euphonium? nicht so ohne weiteres. Bei der Wortwahl und den Fragen sind alle bemüht eine möglichst klare Sprache und eine eindeutige semantische Bedeutung zu verwenden. Dies gelingt oft, aber nicht immer, wie ein lustiges Beispiel aus Erlangen zeigt. Die Frage 7 aus dem MUMU (Münchner Musikfragebogen von Frau Dr. Brockmeier; ein wirklich guter Fragebogen) lautet: Warum hören Sie Musik? Eine der möglichen vorgegebenen Antworten: zur emotionalen Befriedigung, was einen fränkischen Bauern zu der Bemerkung Schweinkram! veranlasste. Ein klassischer Fall von Missverstehen zwischen Sender und Empfänger. Fragebögen sind wichtig für Statusaufnahmen, aber sie beantworten auch nur die Fragen, die man stellt! 23 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

24 Abbildung 21 Auswertung eines Fragebogens zum Thema Wie oft haben Sie Musik gehört? und Haben/spielen Sie ein Instrument? aus Michael Büchler, Waikong Lai, Norbert Dillier, UniversitätsSpital Zürich Musik hören mit dem Cochlea Implantat Lust oder Frust?, n=18 Allgemeine Fragen wie in Abbildung 21 entsprechen zwar der Komplexität des Themas, allerdings werden hier auch retrospektive Einschätzungen abgefragt (oben 1a). Dennoch gibt die zweite Frage (unten 1b) Haben Sie ein Instrument gespielt?/spielen Sie heute noch ein Instrument? gute Hinweise. In weiteren abklärenden Fragen müsste dann verifiziert werden, warum diese Studienteilnehmer weniger Musik hören und nach der CI-Versorgung auch weniger Instrumente spielen. Die naheliegendste Ursache ist sicherlich der fehlende Musikgenuss durch das CI, aber es ist nicht der einzig denkbare. Jeder hat sicherlich zu irgendeinem Zeitpunkt einmal ein Instrument gespielt und wenn es in der Schule war, aber wer spielt heute noch Blockflöte? Auch Cochlear hat 2012 in den regelmäßig durchgeführten Fragebögen zur Zufriedenheit des Customer Service eine Umfrage zum Musikhören durchgeführt (Abbildung 22). Von den immerhin 400 Rückantworten bewerteten nur ca. 20% aller Befragten ihr Musikhören mit ungenügend bzw. überhaupt nicht oder umgekehrt ca. 80% mit sehr gut bis ausreichend. 24 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

25 Abbildung 22 Cochlear Umfrage des Customer Service 2012 Wie gut können Sie mit Ihrer CI-Versorgung Musik hören? n=400 Dies ist angesichts der in der Literatur allgemein vorherrschenden Meinung, dass CI-Träger in den meisten Fällen keine Musik hören, ein positives und überraschendes Ergebnis. Eine der möglichen Ursachen liegt sicher darin, dass man von zufriedenen Patienten in der Regel weniger Informationen und Rückmeldungen erhält als von den offensichtlich wenigen eher unzufriedenen Patienten. 5.2 Psychoakustische Studien Eine andere Möglichkeit zur Untersuchung des Musikhörens bei CI-Trägern sind die psychoakustischen Studien, in denen oftmals ebenfalls nur Teilleistungen des Musikhörens getestet werden. So untersucht man zum Beispiel mit der Tempo-Diskrimination die Unterscheidungsfähigkeit zwischen verschiedenen Raten von Trommelschlägen (120 bpm im Vergleich zu 120, 121, 122,... bpm). Hier liegt die Diskriminationsleistung der CI-Träger nahe der von Normalhörenden. Auch bei Untersuchungen zur Rhythmus-Diskrimination erreichen CI-Träger vergleichbare bzw. nur leicht schlechtere Werte als Normalhörende und zwar unabhängig vom dargebotenen Tempo. Komplexer sind die psychophysischen Studien zur Melodie-Identifizierung und Diskrimination: In einer Studie (Closed Set; Kinderlieder) zeigt sich, dass CI-Träger die Melodie nur mit Rhythmus erkennen, ohne ist keine Erkennung möglich. Musik mit Gesang wird dabei leichter erkannt als reine Instrumentalmusik. In Simulationsstudien mit Normalhörenden bestätigt sich, dass die Anzahl der Frequenzbänder essentiell für die Melodieerkennung ist. Eine weitere Möglichkeit Teilaspekte des Musikhörens zu untersuchen, ist die Intervall-Beurteilung. Die hier vorgestellten psychophysischen Tests sind eine Statusaufnahme zu einem bestimmten Zeitpunkt. Zu verschiedenen Zeitpunkten durchgeführt, zum Beispiel vor und nach einer Maßnahme, erlauben sie wie die Fragebögen auch einen Vergleich und damit eine Bewertung der Maßnahme. 25 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

26 5.3 Musiktests eine Auflistung Die folgende Liste benennt die gängigsten Musiktests und erhebt mit Sicherheit keinen Anspruch auf Vollständigkeit: PMMA = Primary Measures of Music Audiation, Gordon 1979; Gfeller, 1991 MBEA = Montreal Battery for Evaluation of Amusia, Peretz 2003 UW-CAMP = Clinical Assessment of Music Perception, Nimmons AMICI = Appreciation of Music in Cochlear Implantees, Spitzer 2008 MCI = Melodic Contour Identification, Galvin 2007 Mu.S.I.C. = Perception, Fitzgerald 2006 MACarena = Minimal Auditory Capability in a single environment (arena) N.Dillier, W. Lai., M. Büchler Objektive Verfahren zum Musikhören Es erscheint so gut wie unmöglich, eine subjektive Wahrnehmung objektiv untersuchen zu wollen, denn wir können heutzutage nicht Gedanken und Bewertungen messen, sondern nur die elektrischen Begleiterscheinungen des Denkens. Dennoch sind die Bestrebungen lobenswert und über die in der Elektrophysiologie und Bildgebung üblichen Verfahren der Standardisierung und Normierung kann man zumindest normale von pathologischen Befunden oder die unterschiedliche Beurteilung von Stimulationen unterscheiden. 26 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

27 Abbildung 23 Thetaband-Aktvität bei Betrachtung eines Videos mit normaler (rot) versus verzerrter Musik (blau) als Differenz eines bilateralen (links) und unilateral versorgten CI Patienten (rechts); aus Vecchiato et al In der oben stehenden Abbildung ist die Hirnaktivität des EEG, das Thetaband, bei der Betrachtung eines Videos mit normaler (rot) versus verzerrter Musik (blau) als Differenz eines bilateralen (links) und unilateral versorgten CI Patienten (rechts) dargestellt. Die zum Stimulus korrespondierende Hirnaktivität ist farbig, keine Aktivität grau. Ohne näher auf die Details der Studie eingehen zu wollen, sind zwei Ergebnisse offenkundig: (1) es gibt wesentlich mehr Aktivität bei normaler Musik als bei verzerrter Musik, insbesondere im Bereich des frontalen Cortex (Assoziationszentren) und (2) es gibt wesentlich mehr Aktivität bei dem bilateral als bei dem unilateral versorgten CI-Träger. Dies sagt zwar noch nichts darüber aus, ob den CI-Trägern die Musik gefallen hat, aber zumindest findet man objektiv messbare, reproduzierbare und unterscheidbare Korrelate für normale und verzerrte Musik und man kann sicher annehmen, dass die verzerrte Musik nicht mit Musikgenuss assoziiert war. 6. CI-Träger können keine Musik genießen Die Aussage CI-Träger können keine Musik genießen findet sich in zahlreichen Publikationen, muss aber aufgrund von drei wichtigen Argumenten hinterfragt werden. Wenn es sich um ältere Publikationen handelt, muss man berücksichtigen, dass sich die gesamte CI- Technik (Mikrophone, IDR, Signalvorverarbeitung, Sprachkodierungsstrategien) erheblich verbessert hat und die chirurgischen Eingriffe aufgrund verbesserter Implantate und optimierter Insertionsmethoden erheblich atraumatischer sind. Ein weiterer wichtiger Aspekt betrifft die Indikation: Die Indikationsgrenzen sinken ständig und es werden zunehmend immer mehr Menschen mit einem 27 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

28 nutzbaren Restgehör versorgt. Aus diesen Gründen lassen sich die Ergebnisse älterer Studien nicht mehr so ohne weiteres auf die heutigen Verhältnisse übertragen und dies wird auch zukünftig so sein. Den CI-Träger als generellen Typus gibt es nicht: Jeder Patient ist aufgrund seiner Individualität, der Ertaubungsursache (Äthiologie), seiner Historie (zum Beispiel Progredienz, Dauer der Taubheit, Zeitpunkt der CI-Versorgung), seiner individuellen Anatomie und Physiologie, des individuellen Ausmaßes der Degeneration aufgrund der sensorischen Deprivation, der Traumatisierung durch die OP, des Erfolges der Soundprozesser-Anpassung und vor allen Dingen des Erfolges der Therapie ein Individuum. Hinsichtlich des Sprachverstehens und des Musikhörens muss man, basierend auf wissenschaftlichen Studien, aber mindestens drei Gruppen von CI-Trägern grundsätzlich unterscheiden: 1. Prälingual ertaubte, früh versorgte CI-Träger (Kinder) 2. Postlingual ertaubte CI-Träger (Erwachsene) 3. CI-Träger mit Resthörvermögen (Hybrid) oder bimodal versorgte CI-Träger (CI auf der einen, Hörgerät auf der anderen Seite) 6.1 Prälingual ertaubte, früh versorgte CI-Träger (Kinder) Prälingual ertaubte und früh versorgte Kinder machen zurzeit ca % aller CI-Träger aus. Die Anzahl der Kinder ist durch die Geburtenrate und das flächendeckende Neugeborenen-Hörscreening in Deutschland nahezu konstant; der prozentuale Anteil reduziert sich durch die steigende Anzahl von Erwachsenen, insbesondere durch die Senioren, bei denen die Hörgeräte nicht mehr helfen. Prälingual ertaubte, früh diagnostizierte und früh versorgte Kleinkinder erlernen das Hören, die Sprache und auch das Musikhören mit dem CI das ZNS passt sich früh an die künstliche Stimulation an. Viele Kinder erfahren Musik im Rahmen der Rehabilitation als etwas ganz Normales, sie musizieren, singen und tanzen zur Musik (Abbildung 24). 28 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

29 Abbildung 24 Kinder und Jugendliche mit CI zum Thema Musik. Die Frage der Jugendlichen (Workshop mit Jugendlichen und Sigrid und Dr. Uwe Martin, Bremen, links) war nicht, ob sie Musik hören, sondern wie man das Handy oder den MP3-Player an den Soundprozessor anschließt. Einige der CI-versorgten Kinder (Amelie, rechts) spielen sogar selbst ein Instrument, sicherlich die höchsten Weihen des Musikhörens mit CI Aus der Tatsache, dass prälingual ertaubte, früh versorgte Kinder einen ganz normalen Zugang zur Musik und auch Spaß am Musikhören haben, resultiert eine wichtige Information: Ein CI kann grundsätzlich die wesentlichen Merkmale der Musik übertragen, und ein CI-Träger kann grundsätzlich Spaß haben am Musikhören! Neben dem rein empirischen Nachweis gibt es auch zahlreiche Publikationen, die sich mit dem Thema Musikhören bei CI-versorgten Kindern beschäftigen. Kate Gfeller vom Iowa Cochlear Implant Clinical Research Center, Department of Otolaryngology, UIHC, hat unter anderem eine Studie zum Musikhören bei Kindern mit CI im Alter von 9 12 Jahren durchgeführt. Hierbei hat sie eine Gruppe normalhörender Jugendlicher (NH, n=11) mit einer Gruppe Jugendlicher mit CI (n=11) vergleichend in den Bereichen (1) Melodieerkennung (Primary Measures of Music Audiation (PMMA)= Unterscheidung kurzer Melodien) und (2) Instrument-Unterscheidung (Timbre; Closed Set 12 Instruments) untersucht (Abbildung 25). 29 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

30 Abbildung 25 Vergleich der Melodie- und Instrumentenerkennung sowie der Timbreunterscheidung bei Jugendlichen mit CI und einer altersgematchen Gruppe normalhörender Jugendllicher (aus Gfeller et al.) Die Ergebnisse zeigen, dass die Jugendlichen mit CI in beiden Tests zwar etwas schlechter als ihre normalhörenden Altersgenossen abschneiden, aber dennnoch sehr gut Melodien und Instrumente unterscheiden können (ca. 80%). Überraschend ist das Ergebnis der Timbreunterscheidung, denn hier schneiden beide Gruppen gleich gut ab. Auch andere Studien bei Kindern mit CI zeigen, dass diese prälingual ertaubten CI-versorgten Kinder Spaß am Musikhören haben (Vongpaisal et al. 2006). Darüberhinaus kann ein gezieltes Musiktraining sogar die allgemeine Pitch-Unterscheidung verbessern (Chen et al. 2010) 6.2 Postlingual ertaubte, erwachsene CI-Träger Bei den postlinugal ertaubten CI-Trägern, in der Regel Erwachsene, die hörend aufgewachsen sind, wird das Musikhören sehr unterschiedlich bewertet. Natürlich hört jeder CI-Träger die Musik, aber ist damit auch ein Genuss verbunden? Es gibt erwachsene CI-Träger, die Spaß an der Musik haben, sogar an klassischer Musik oder selbst ein Instrument spielen oder wieder spielen. Es gibt aber auch erwachsene CI-Träger, die keine Freude mehr am Musikhören haben und schließlich gibt es auch noch die Erwachsenen mit CI, die auch vor ihrer CI-Versorgung keine oder kaum Musik gehört haben und deshalb mit dem CI auch nicht damit anfangen Stand der Literatur Entsprechend heterogen ist auch die Literaturlage hier einige Beispiele: 2/3 aller CI-Träger berichten, dass Musik nach der CI-Versorgung schlechter klingt als vorher; der Musikgenuss variiert stark 30 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

31 zwischen den Patienten (Gfeller et al. 2000). Es gibt CI-Träger, die das Musikhören genießen (Reed 2006). Rhythmus wird besser wahrgenommen als die Melodie (Gfeller et al. 1991; Gfeller et al. 1997; Schulz et al. 1993; Pijl 1997; Greenwood 1990; McDermott 2004). Interessanterweise scheint die Fähigkeit des Musikgenießens mit dem Sprachverstehen zu korrelieren (Gfeller et al. 2005; Leal et al. 2003). Umgekehrt lässt dies den Rückschluss zu, dass ein gezieltes Musiktraining unter Umständen auch das Sprachverstehen verbessern kann. Die Fähigkeit mit dem CI Musik hören und genießen zu können, variiert auch mit dem Musiktyp (Gfeller et al. 2003; Gfeller et al. 2005). Auch die eigenen Erfahrungen mit erwachsenen CI-Trägern zeigen, dass es oftmals viel leichter ist Blasmusik zu genießen als zum Beispiel klassische Musik, vorausgesetzt man mag diesen Musikstil. Dominant ist bei diesem Musikstil der stark betonte Rhythmus, während bei der Klassik je nach Komponist Melodien, Harmonien und meist ein enormer Dynamikumfang charakterisierend sind. Musik mit Gesang kann wesentlich leichter wahrgenommen werden als reine Instrumentalmusik (El Fata et al. 2006, SIFORL) Hörerfahrung postlingual ertaubter CI-Träger Was sind die möglichen Gründe für die unterschiedliche Musikbewertung der Gruppen der prälingual und postlingual ertaubten CI-Träger? Ein grundlegender Unterschied ergibt sich schon aus der Gruppenbezeichnung: Prälingual ertaubte CI- Träger, meist Kinder, sind vor dem Spracherwerb ertaubt und Gott sei Dank meist früh versorgt und sie lernen wie oben beschrieben das Hören, die Sprache und eben auch die Musik mit dem CI. Im Gegensatz dazu haben postlingual ertaubte CI-Träger ihre ersten Erfahrungen hörend, möglicherweise auch schon schlechthörend, aber auf jeden Fall akustisch gemacht. Unser normales Hören entwickelt sich nachgeburtlich (postnatal) anhand der Hörerfahrungen (Abbildung 26). 31 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

32 Abbildung 26 Schema der Hör- und Sprachentwicklung des Menschen, der sensiblen Phasen und der Möglichkeiten des Einsatzes audiometrischer Verfahren Unser Hören beginnt vor der Geburt und wir nehmen die Sprache der Mutter schon intrauterin als eine Art Musik wahr. Nach der Geburt gibt es sogenannte sensible Phasen, in denen der Einfluss der akustischen Umwelt besonders großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit unseres erwachsenen Hörens hat. Schließlich hängt auch die Entwicklung unserer Sprache in hohem Maße vom Hören ab. Fehlt das Hören, dann kommen wir aufgrund des fehlenden Audio-Feedbacks nicht über die zweite Lallperiode hinaus. Die Fähigkeit des binauralen Hörens (Richtungslokalisation, Hören im Störlärm etc.) entwickelt sich sogar noch bis in die Pubertät. Fehlt der früh-postnatale akustische Input kommt es zum Beispiel auf der Ebene des Hirnstammes zu irreversiblen Veränderungen (Degenerationen). Dies ist ein Grund für eine möglichst frühzeitige beidseitige CI-Versorgung bei perinataler respektive prälingualer Taubheit. Kommen wir auf den postlingual ertaubten CI-Träger zurück: Auch sein Hören und seine Sprache haben sich durch die akustische postnatale Erfahrung entwickelt. Dann setzte irgendwann die Ertaubung ein und die Versorgung mit einem Cochlea-Implantat. Der CI-Träger erhält nun plötzlich vollkommen andere, artifizielle Signale und muss deren Zuordnung im Prozess der Anpassung und Rehabilitation erlernen. Die Andersartigkeit des nun mehr elektrischen sensorischen Inputs führt oft dazu, dass CI-Träger Musik nicht mehr genießen können. Aber einmal abgesehen von der Tatsache, dass die Signalqualität eine andere ist als bei akustischem Input, trifft das Gleiche auch für die Sprache zu. Auch hier hat der postlingual ertaubte CI-Träger vormals ja akustisch gelernt. Durch die 32 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

33 Rehabilitation, das Training und die Tatsache, dass Kommunikation für uns Menschen essentiell ist, gelingt der Transfer akustisch gelernt jetzt elektrisch stimuliert und verstehen, Sprecher erkennen,... in den weitaus meisten Fällen. Dies sollte grundsätzlich auch bei der Musik, einem zur Sprache vergleichbar komplexen Schallsignal, möglich sein Dauer der Taubheit Allerdings gibt es bei postlingual ertaubten erwachsenen CI-Trägern noch zusätzliche Aspekte zur berücksichtigen. Ein ganz wesentlicher Aspekt ist die Dauer der Taubheit. Bei langer Taubheitsdauer kann der Hörnerv irreversibel degenerieren, das heißt, es sind nicht mehr genügend Nervenfasern funktionstüchtig, um die frequenzspezifisch detaillierte Information intensitätsabgestuft zu übertragen. In diesem Fall haben wir zurzeit kaum Möglichkeiten, aber vielleicht können Verfahren zur Regeneration, neuronale Wachstumsfaktoren usw. zukünftig helfen Neuronale Plastizität Ein zweiter Aspekt ist die neuronale Plastizität, also die Fähigkeit des Gehirns, sich auf einen neuen Input einzustellen und diesen sinnvoll zu verarbeiten. Am größten ist die neuronale Plastizität im Rahmen der Entwicklung (Entwicklungsplastizität), aber auch im Alter gibt es noch genügend Potential (zum Beispiel Kompensationsplastizität). Wir haben zurzeit keine Möglichkeit diese individuelle Fähigkeit, die übrigens nichts mit Intelligenz zu tun hat, objektiv und präoperativ zu diagnostizieren. Möglicherweise muss man dem Gehirn nur länger Zeit geben, um die Signale zu interpretieren, was übersetzt bedeutet: Training und Üben! Genauso funktioniert ja auch die Rehabilitation von Sprache beim CI-Träger Lateralisation von Hirnfunktionen Eine dritte Hypothese betrifft die Lateralisation von Hirnfunktionen und damit indirekt die Frage nach uni- oder bilateraler CI-Versorgung. Unser Gehirn ist, obwohl es anatomisch weitgehend symmetrisch aufgebaut erscheint, funktionell asymmetrisch. Diese Asymmetrie beruht auf einer genetischen Prädisposition und resultiert in einer Hemisphärendominanz für die Verarbeitung bestimmter Signale. So wird bei den meisten Rechtshändern (70%) Sprache vorwiegend im linken auditorischen Cortex verarbeitet (Kimura 1961, 1976, Kimura 1968, Studdert Kennedy & Shankweiler 1970, Hugdahl et al.,1998), während Prosodie, MUSIK und Pitch im rechten Cortex repräsentiert sind (Prosodie: Curry 1967, Kimura 1964, Stiller et al., 1997; Musikwahrnehmung: Zatorre 1985; Liegeois-Chauvel et al., 1998; Berman 1981, Drettner et al. 1975; Pitch Discrimination: Johnsrude et al., 2000). Brechman et al haben diese Hemisphärendominanz sehr eindrücklich bei normalhörenden Probanden experimentell sichtbar gemacht. In dem Experiment hatten normalhörende Probanden die Aufgabe, (1) 33 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

34 in der Frequenz auf- und abwärts modulierte Signale rein passiv zu hören und (2) dann die Modulationsrichtung, also aufwärts oder abwärts, anzugeben. Während dieser Aufgabe wurde die Hirnaktivität mit einer Bildgebung analysiert und als Farbcode codiert dargestellt (Abbildung 27). Abbildung 27 Hirnaktivität beim passiven Hören frequenzmodulierter Signale (links) und beim Hören derselben Signale, aber mit der Aufgabe die Modulationsrichtung zu identifizieren (rechts). Mit der Bedeutungszuweisung verschiebt sich die Aktivität von der linken in die rechte Hemisphäre, obwohl es sich um absolut identische Signale handelt. (Brechmann et al 2002) Wenn die Probanden die Signale rein passiv hören, ist eine größere Aktivität im linken Cortex zu registrieren (Abbildung 27, links). Werden die absolut identischen Signale mit der Entscheidung aufwärts versus abwärts verbunden, springt die Aktivität in den rechten Cortex (Abbildung 27, rechts). Also allein die Tatsache der Bedeutungszuweisung verschiebt das Maximum der Aktivität vom linken in den rechten Cortex. Diese Hemisphärendominanz ist allerdings keine feste Verdrahtung, bei verändertem Input (CI) kann diese auch im Rahmen der neuronalen Plastizität umgestaltet werden. Neuere Untersuchungen gehen wieder ein bisschen weg von diesem Konzept und zeigen, dass akustische Signale wie Musik und Sprache in beiden Hirnhälften verarbeitet werden, allerdings nicht symetrisch. Dies zeigt sich auch in den oben angegebenen Untersuchungen, denn es gibt ja immer auch eine Aktivität in der anderen Hemisphäre. Für unsere Betrachtungen zum Musikhören könnte die Frage der unilateralen oder bilateralen CI-Versorgung erhebliche Bedeutung haben. Es spielt sicher eine untergeordnete Rolle, ob links oder rechts implantiert wird (Kreuzung der akustischen Projektion), denn die Hemisphärendominanzen korrelieren zwar locker mit der Händigkeit, aber auch dies ist keine strenge Korrelation. Optimal und völlig unabhängig von der Seite der Implantation bzw. von der Hemisphärendominanz oder einer bihemisphärischen Verarbeitung ist die bilaterale Versorgung. Überlassen wir es doch unserem Gehirn, wo und wie welche Signale verarbeitet werden. 34 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

35 6.3 Was kann man tun, um das Musikhören bei CI-Trägern zu verbessern? Früh CI-versorgte taube Kinder in der normalen CI-(Re-)habilitation erhalten meist auch eine musikalische Therapie neben der normalen Förderung der Hör- und Sprachentwicklung. Die Klangunterscheidung von Instrumenten, das Nachspielen von Melodien, das Singen, das Tanzen und die rhythmische Bewegung sind integraler Bestandteil der Rehabilitation. Musik wird eingesetzt als emotionaler Ausgleich für die anstrengenden Anpass- und Therapiesitzungen. Kinder gehen völlig natürlich und vor allen Dingen ungehemmt mit diesen akustischen Herausforderungen um, sie haben Spaß daran sich musikalisch zu produzieren, zu singen egal wie falsch es objektiv ist. Bei den Erwachsenen ist dies meist eine völlig andere Situation: Erwachsene sind natürlicherweise mehr gehemmt als Kinder im spontanen Ausdruck von Emotionen, insbesondere wenn dies irgendwelche Unzulänglichkeiten betrifft. Im Rahmen der üblichen Rehabilitation haben sie nur in wenigen Zentren die Gelegenheit der Musik emotional zu begegnen und sie als etwas Positives zu erfahren. Oftmals sind diese CI-Träger im Hinblick auf das Musikhören sich selbst überlassen. Natürlich versucht man dann, die Musik zu hören, die man auch vorher noch mehr oder weniger akustisch hörend gehört hat und erlebt die erste, meist prägend schlechte emotionale Wahrnehmung: Es klingt nicht mehr so wie man sich daran zu erinnern glaubt. Man versucht es wieder und wieder, der Frust wird größer und größer und schließlich gibt man auf. Die Musik, die man kennt, an deren Melodien man sich erinnert, klingen fremdartig, künstlich und ungewohnt. Macht man diese Erfahrung mehrmals, gibt man schließlich auf: Musikhören macht keinen Spaß mehr. Dass ein ähnlicher Effekt nicht auch bei der Wahrnehmung von Sprache auftritt, liegt an der intensiven Rehabilitation, dem Training und den Kontrollen in Form von Sprachtests, sowie an der Eigenmotivation, dass wir Sprache zur Kommunikation unbedingt brauchen. Wie sonst sollte man morgens die Brötchen beim Bäcker bestellen und die Lebensmittel einkaufen gehen? Sprache ist wichtig und verbindet die Menschen. Ein Musiktraining mit professioneller Unterstützung, Üben oder sogar eine Musiktherapie sind deshalb sinnvoll und auch erfolgversprechend. Die CI-Träger müssen langsam und mit Erfolgserlebnissen wieder an die Musik herangeführt werden Tonale Sprachen und absolutes Gehör Dass ein akustisches Training respektive Musiktraining/Musiktherapie einen Effekt haben, zeigen zahlreiche Untersuchungen. Prof. Dr. med. Eckart Altenmüller, Universität Hannover, fasst die oben angeführten Überlegungen sehr schön in einem Satz zusammen: Wir erlernen die Sprache der Musik durch das Hören von Musik. Manfred Spitzer hat in seinem Buch Musik im Kopf ein wunderschönes Beispiel für den Effekt eines lebenslangen akustischen Trainings aus dem Sprachbereich. 35 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

36 In den tonalen Sprachen, zum Beispiel der chinesischen, hat ein und dieselbe Silbe je nach Betonung/Prosodie eine völlig andere Bedeutung. Ein Beispiel zeigt die folgende Abbildung (aus Fern 2001). Abbildung 28 Bsp. Tonale Sprache: Chinesische Silbe /fu/ und ihre jeweilig völlig andere Bedeutung je nach Prosodie (rechts); korrespondierende Sonagramme (links, oben) und Elektrodogramme (links, unten); aus R. Fern (Diss 2001) Auf der rechten Seite die Silbe /fu/ und ihre unterschiedliche Bedeutung, die dann auch noch einmal mit einem anderen Schriftzeichen versehen ist. Auf der rechten Seite sind die korrespondierenden Sonagramme und Elektrodogramme dargestellt. Man erkennt deutlich, dass der Grundton und die ersten Harmonischen je nach Betonung eine unterschiedliche Energieverteilung über die Zeit aufweisen, was sich auch im Elektrodogramm (unten) zeigt. Allerdings ist die Signalübertragung dieser Prosodie-Feinstruktur im CI nicht optimal. Aus diesem Grund wird zu sehr intensiv an entsprechenden Sprachkodierungsstrategien geforscht, die nicht nur die tonalen Sprachen, sondern dann auch die Musik besser übertragen. Diese Komplexität der tonalen Sprachen wie Chinesisch hat einen lebenslangen und auch nachweisbaren Trainingseffekt ( Abbildung 29). 36 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

37 Abbildung 29 Verteilung des absoluten Gehörs bei Asiaten und Nicht-Asiaten; n=2707; schwarze Balken = Asiaten; weiße Balken=Nicht-Asiaten; aus Manfred Spitzer Musik im Kopf Es gibt wesentlich mehr Asiaten mit dem sogenannten absoluten Gehör als Nicht-Asiaten und dies unabhängig vom jeweiligen Bildungsstand. Der Grund dafür ist naheliegend: Die hier erfassten Asiaten sprechen in tonalen Sprachen und üben ein Leben lang die Unterscheidung feinster Prosodiemerkmale, weil es essentiell für ihre lautsprachliche Kommunikation ist. Dieses Sprachtraining wirkt sich dann umgekehrt auch auf die Fähigkeit aus, Musiktöne ohne Referenzton in der Tonhöhe richtig einzuordnen (absolutes Gehör) Musik und Training Ein weiteres Beispiel zeigt sich in der Untersuchung der Hirnaktivitäten von Musikern im Vergleich zu Nicht-Musikern (Altenmüller 2008). 37 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

38 Abbildung 30 Vergleich der Hirnaktivitäten zwischen Musikern/Pianisten (links) und Nicht-Musikern (rechts) beim reinen Hören eines Piano-Stückes (oben) und beim zusätzlichen stummen Spielen eines Piano- Stückes (unten); aus Altenmüller 2008 Ohne zu sehr in die Details dieser Arbeit eintauchen zu wollen, kann man klar erkennen: In beiden Situationen ist die Repräsentation des Gehörten beim Pianisten als Folge des jahrelangen Musikspielens sehr viel stärker ausgeprägt als beim Nicht-Musiker. Darüber hinaus besteht bei Pianisten ein starkes auditorisch-motorisches Interface, das heißt, das gehörte Piano-Stück wird direkt in Motorik (stummes Klavierspielen) übertragen und dies sogar auch beim reinen Hören Musik mit Gesang Andere Studien (El Fata et al SIFORL, McDermott et al. 2004) zeigen, dass das Musikhören für CI-Träger einfacher wird, wenn sie nicht reine Instrumentalmusik, sondern Musik mit Gesang hören. Ein Beispiel zeigt die Abbildung Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

39 Abbildung 31 Vergleich der Musikerkennung bei reiner Instrumentalmusik und Musik mit Gesang bei bimodal versorgten CI-Trägern in den Konditionen bimodal und jeweils CI und Hörgerät allein (aus El Fata et al SIFORL) Getestet wurden bimodal versorgte CI-Träger, also CI-Träger, die auf der einen Seite ein CI nutzen und auf der anderen Seite ein Hörgerät. Demzufolge wurden folgende Konditionen getestet: Musikerkennung mit CI und Hörgerät, nur CI und nur Hörgerät. Aus den dargestellten Befunden wird klar, dass Musik mit Gesang (links, dunkle Balken) besser zu erkennen ist als reine Instrumentalmusik (rechts, weiße Balken) und dies betrifft alle getesteten Hörsituationen: bimodal, CI allein und Hörgerät allein Restgehör Zahlreiche Arbeiten zeigen, dass das akustische Hören komplexe Signale wie Sprache und Musik wesentlich besser übertragen kann als das reine elektrische Hören mit CI. Verbesserung des Sprachverstehens: Helbig et al. 2008; Kiefer et al 2005; Adunka et al. 2010; Lenarz et al. 2009, Gantz et al. 2006; Gstoettner et al. 2008, James et al. 2005, Skarzynski et al. 2003, Turner et al Verbesserung der Pitch-Wahrnehmung: Turner et al Verbesserung der Sprechererkennung und Prosodie: Büchner et al Verbesserung der Musikwahrnehmung: Gfeller et al. 2007; Lenarz et al Verbesserung der akustischen Orientierung und Lokalisationsfähigkeit: Lenarz et al Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

40 Ein Grund dafür ist die Signalverarbeitung in einem CI: Prosodie und auch die zeitliche Feinstruktur werden bei den derzeit zur Verfügung stehenden Sprachkodierungsstrategien nur sehr ungenügend übertragen. Ein zusätzliches akustisches Hören contralateral (auch mit Hörgerät, bimodale Versorgung) oder ein gut versorgtes Restgehör auf der CI-Seite (Nucleus 6 Hybrid) verbessern das Musikhören und den Musikgenuss erheblich Tipps für CI-Träger Die folgende Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Es gibt bekanntlich viele Wege, die nach Rom führen, bzw. in diesem Fall zum Musikhören. Nicht jede Methode ist für jeden CI-Träger geeignet und es wird leider sicher auch CI-Träger geben, die trotz größter Bemühungen nicht mehr in den Genuss des Musikhörens kommen. Aber angesichts des möglichen Erfolges ist es immer den Versuch und die Anstrengung wert. Beidohriges Hören verbessert die Musikwahrnehmung: Ob bilaterale CI-Versorgung, Nutzung des Restgehörs auf der CI-Seite (Hybrid N6) oder bimodale Versorgung (HG contralateral) Akustisches Hören: Ein contralaterales akustisches Hören (bimodal, Hörgerät) oder eine Hybridversorgung (Restgehör auf der CI-Seite) verbessert die Musikwahrnehmung. Gerade bei der Hybridversorgung spielt es dabei keine Rolle, ob für das Restgehör ein Nutzen für das Sprachverstehen nachgewiesen werden kann oder nicht. Angemessene Erwartungshaltung: Niemand kann heute einem CI-Kandidaten garantieren, dass er mit dem CI wieder Musik hören und genießen wird. Statt emotionaler Marketing-Versprechen und Werbungen helfen hier fachlich fundierte Informationen. Es gibt CI-Träger, die problemlos direkt Musik hören und genießen können, andere müssen sich diesen Genuss erarbeiten und einige wenige kommen nicht mehr dazu. Wer nicht das Glück hat zur Gruppe direkt genießen können zu gehören, sollte es zumindest mit den unten angeführten Methoden versuchen, bevor er glaubt zur dritten Gruppe zu gehören. Akustische Qualität: Für einen Hörgeschädigten ist eine sehr gute akustische Qualität und ein gutes Signal-/Rausch-Verhältnis viel wichtiger als für einen Normalhörenden. Die Schallquellen, gerade während der Trainingsphasen, sollten von ausreichender Qualität sein, also möglichst kein Gettoblaster. In diesem Zusammenhang kann/sollte auch die vorhandene Technik des Soundprozessors und des Zubehörs voll ausgenutzt werden. Wireless Connectivity des Nucleus 6 Systems (drahtlose akustische Verbindung über 2.4 GHz) überträgt Schallsignale in HiFi-Qualität. Die Signalvorverarbeitungen des Nucleus 6 Systems (SCAN) bilden Sprach- und Musiksignale im individuell optimalen Bereich des Hörens ab. 40 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

41 Musiktraining/Musiktherapie: Postlingual ertaubte CI-Träger sollten mit professioneller Unterstützung wieder an die Musik herangeführt werden, analog und parallel zur Sprachrehabilitation. Dabei sollte man sicher nicht mit hochkomplexer klassischer Musik beginnen, sondern die Anforderungen langsam steigern, um auch genügend Erfolgserlebnisse zu ermöglichen: einfache Musik; Musik mit Gesang; rhythmusbetonte Musik; bekannte Musik, aber nicht dieselben Lieder, die man schon akustisch kennt; Live-Musik, unterstützende Videos (audiovisuelle Zuordnung analog dem Lippenlesen bei der Sprache); Tanz (Bewegung unterstützt die akustische Wahrnehmung) Trainingsmaterialien: Verwendung von Trainingsmaterialien wie zum Beispiel PC-gestützte Trainingsprogramme, Apps, Infomaterialien von Cochlear Erfahrungen anderer CI-Träger: Immer sehr hilfreich ist der Kontakt mit anderen CI-Trägern, die vor demselben Problem standen zum Austausch von Erfahrungen: Wie haben diese CI-Träger wieder zur Musik zurückgefunden? Ein Beispiel: Ein Physiker aus Köln hat sich im Internet Audiosoftware (Freeware) besorgt, mit der man einzelne Musikstimmen aus einem Musikstück extrahieren kann. Dadurch war es ihm möglich eine Melodie im komplexen Musikgesamtstück visuell zu verfolgen. Anschließend fügte er die zweite Stimme hinzu und verfolgte auch diese und so weiter. Durch diese audio-visuelle Kopplung hat er schlussendlich gelernt, die gesamte Musik zu hören und zu genießen. Ein anderes Beispiel ist der Musiker Richard Reed, der postlingual ertaubte und mit einem Nucleus 3G versorgt wurde. Anfangs klang die Musik schrecklich und er hat monatelang mit einfachen Akkorden geübt und sich langsam gesteigert. Heute kann er wieder Musik genießen, spielt Klavier und komponiert auch wieder. Ein weiteres Beispiel sind die Musik-Workshops des CI- Zentrums Köln: Hier kommen CI-Patienten mit Musikern und deren Instrumenten in direkten Kontakt, Musik wird erlebbar und fühlbar gemacht. Für viele ist dieses Erlebnis der Anstoß sich wieder aktiv mit dem Thema Musik zu beschäftigen. Geduld, Ausdauer und eine hohe Frustrationsschwelle sind der Schlüssel für den Erfolg. Die Einzelbeispiele oben zeigen wie viel Ausdauer und Energie man haben muss, um zum Erfolg zu kommen. Viele kleine Schritte und unermüdliches Üben und Wollen hilft. Oder einfacher: Man muss eigentlich nur eine zur Sprache vergleichbare Rehabilitation anbieten. Gegenfalls MP3000 mit gleicher Maxima-Anzahl als zusätzliche Sprachkodierungsstrategie für das Musikhören ausprobieren Zukünftige Entwicklungen, MP3000 Auch im Bereich der Forschung gibt es Bestrebungen tonale Sprachen und Musik besser zu übertragen. Grundsätzlich kann man folgende Forschungsschwerpunkte differenzieren. 41 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

42 Entwicklung von Sprachkodierungsstrategien zur Erhaltung der Fine Time Structure (zeitliche Information). Bsp: F0-Synch (H. McDermott, Melbourne); FSP - Fine Structure Processing (MedEl); FAME - Frequency and Amplitude Modulation Encoding ( F.G. Zeng, Irvine); PDT - Peak-Derived- Timing (R. van Hoesel, Melbourne); CRM - Cochlear Resonance Modeling (C. van den Honert, Cochlear US); HiRes High Resolution Strategy (Advanced Bionics). Erhöhung der Anzahl unterscheidbarer Elektroden zur besseren Abbildung von Harmonischen/Obertönen: (1) durch virtuelle Elektroden; seit Cochlear Freedom System Dual Channel Mode, 43 Channel MAP (2) Fokussierung der Stimulation durch simultane Mehrkanalstimulation - Phased Array.(3) MP3000 (Cochlear) Akustische Vorverarbeitung: SmartSound iq; Spezifische Frequenzzuordnung (Forschungsprojekt Universität Erlangen) Aus dieser Fülle von Ideen und Projekten soll im Folgenden die mittlerweile in der Custom Sound Suite von Cochlear verfügbare MP3000 Strategie kurz vorgestellt werden. Wie der Name schon nahelegt wird bei dieser Sprachkodierungsstrategie das Prinzip des MP3-Systems verwendet, welches letztlich auf ein schon lange bekanntes Maskierungsphänomen zurückgeht (Abbildung 32). Abbildung 32 Prinzip der Maskierung wie es im MP3-Player verwendet wird. Erläuterungen siehe Text Bei der Stimulation eines Tones oder eines schmalen Frequenzbandes werden die direkt benachbarten Frequenzbereiche maskiert, das heißt, Stimulationen, die unterhalb der Maskierungsfunktion liegen, werden nicht wahrgenommen. Wenn man sie aber nicht wahrnimmt, muss man sie auch nicht technisch übertragen und kann dadurch die Datenmenge auf ca. 1/10 komprimieren. Ein ähnliches Prinzip verwendet auch die MP3000 Sprachkodierungsstrategie bei der Selektion der Maxima (Abbildung 33). Nach der FFT werden die 124 Amplituden-Frequenzwerte in 22 Frequenzklassen, entsprechend den 22 Elektroden, zusammengefasst. Zur Vermeidung von Überlagerungen der elektrischen Felder werden diese 22 Elektroden aber nicht simultan, sondern sequentiell stimuliert und 42 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

43 pro Zyklus werden nicht alle, sondern nur eine bestimmte Anzahl (=Maxima) ausgewählt. Im Fall von ACE werden hierbei die neun Frequenzbänder (Maxima) gewählt, die die meiste Energie tragen, weil man davon ausgeht, dass dort auch das Signal abgebildet wird (Vorverarbeitung), während die anderen Kanäle auch das Störsignal/Rauschen beinhalten. Aufgrund der Frequenzklassenbreite hat dies oft zur Folge, dass die zu stimulierenden Elektroden eng beieinander liegen (Clusterbildung). In der Abbildung sind diese neun Maxima für ACE hell markiert. MP3000 verwendet eine Maskierungsfunktion analog zum MP3-Verfahren, weshalb nun, schon am Beispiel mit vier Maxima in der Abbildung 33 (unten) erkennbar, andere Frequenzbereiche ausgewählt und auch stimuliert werden. Abbildung 33 Schema zur Selektion der Maxima bei den Sprachkodierungsstrategien ACE (oben, neun Maxima) und MP3000 (unten, vier Maxima) Diese veränderte Maximaselektion hat erhebliche Konsequenzen für die Übertragung komplexer harmonischer Schallsignale. Ein Beispiel zeigt die folgende Abbildung. 43 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel

44 Abbildung 34 Elektrodogramme eine Musiktones gespielt von einem Saxophon. Sprachkodierungsstrategie ACE (links), Sprachkodierungsstrategie MP3000 bei gleicher Anzahl von Maxima (rechts) Dargestellt sind die Elektrodogramme eines Musiktones gespielt von einem Saxophon, mit unterschiedlichen Sprachkodierungsstrategien ACE (links) und MP3000 (rechts), diesmal allerdings bei gleicher Anzahl von Maxima. Im Vergleich beider Elektrodogramme ist deutlich zu sehen, dass bei MP3000 mehr Schallinformation im höheren Frequenzbereich (nach oben) repräsentiert wird als bei ACE. Dieses Mehr an Information sind die Obertöne oder Harmonischen, die das Timbre des Saxophons ausmachen. Ein Elektrodogramm ist zwar kein Abbild für die Wahrnehmung des CI- Trägers, aber es zeigt, dass zumindest auf Elektrodenebene mehr Information angeboten wird. MP3000 hat also das Potential mehr Oberton-Information zu übertragen als ACE bei identischem Eingangssignal. Die Obertöne sind aber essentiell für die Sprechererkennung und die Pitch- und Musikwahrnehmung. 7. Zusammenfassung Grundsätzlich kann man mit einem CI Musik hören und auch genießen, ansonsten gäbe es nicht so viele Kinder mit CI, die Spaß am Musikhören haben! Beim einzelnen CI-Träger können Veränderungen der MAP-Parameter zu einer Verbesserung des Musikhörens beitragen. ABER: eine universelle Musik-MAP für alle Patienten gibt es nicht! Zukünftige Entwicklungen erscheinen erfolgversprechend und ermöglichen eine bessere Übertragung komplexer Signale (tonale Sprachen, Musik, etc.). 44 Musikhören mit dem Cochlea-Implantat Grenzen und Möglichkeiten Dr. Horst Hessel