Acoustic Characteristics of Infant Cries with inserted versus non-inserted Intra-oral Plate – A contribution to the investigation of the influence of pre-orthopaedic treatment on pre-speech development in children with cleft lip and palate

Der Einfluss der kieferorthopädischen Frühbehandlung auf den vorsprachlichen Lauterwerb von Kindern mit Lippen-Kiefer-Gaumen-Segelspalten ist bislang nur ungenügend untersucht. Um zukünftig Entwicklungsstörungen in Bezug auf den Sprech- und Spracherwerb bei Kindern mit Lippen-Kiefer-Gaumen-Segelspalten früher als bisher zu diagnostizieren, sind prospektive Längsschnittstudien, die engmaschig vorsprachliche und sprachliche Entwicklungsschritte doku-mentieren, unerlässlich. Im Rahmen der vorliegenden Pilotstudie wurde die vorsprachliche Lautentwicklung von sechs Säuglingen mit Lippen-Kiefer-Gaumen-Segelspalten in den ersten sechs Lebensmonaten aufgezeichnet und analysiert. Um dabei einen Zusammenhang zwischen ausgewählten Lautparametern und der Oberkieferplatte aufzuzeigen, wurden zu jedem Untersuchungstermin Aufnahmen mit und ohne eingesetzte Platte gemacht. Voraussetzung für die objektive Beurteilung des Lauterwerbs und des Platteneinflusses waren zeitlich dichte Schreiaufnahmen mittels qualitativ hochwertiger Aufnahmetechnik und standardisierter Analysen. Die Signal-analyse erfolgte unter Verwendung des CSL-4300 Sprachanalysesystems der Firma KAY Elemetrics/ USA. Es wurde eine Analyse der mittleren Grundfrequenz (F0), der Harmonischenstruktur und der Kurzzeitvariabilität der Grundfrequenz (PPQ) von Säuglingsschreien durchgeführt. Diese Pilotstudie konnte anhand von 3399 analysierten Schreien zeigen, dass das Auftreten von Rauschbanden in den Schreien bei Lautaufnahmen mit eingesetzter Oberkieferplatte im Vergleich zu Lautaufnahmen, die ohne Oberkieferplatte aufgenommen wurden, signifikant verringert ist. Außerdem konnte ein direkter Zusammenhang der Spaltbreite mit der Differenz des Ausmaßes solcher Rauschbanden und der Häufigkeit ihres Auftretens in Abhängigkeit vom Tragen der Oberkieferplatte beobachtet werden. Um eine objektive Beurteilung der Länge von Rauschbanden über eine beliebig große Anzahl von Lautäußerungen zu ermöglichen, wurde ein einfacher klinisch praktikabler Rauschindex entwickelt und getestet. Dieser Rauschindex war bei Lautäußerungen mit eingesetzter Platte bei allen Kindern kleiner als bei Lautäußerungen ohne Platte, was neben dem absolut verringerten Auftreten von Rauschbanden auch einen kleineren relativen Anteil dieser Rauschbanden bei Lautierungen mit Oberkieferplatte belegt. Der Rauschindex hat sich als geeignetes Maß zur einfachen Charakterisierung der Klangqualität erwiesen. Ein Zusammenhang zwischen vorsprachlich verstärkt auftretenden Rausch-phänomenen und der späteren Nasalität beim Sprechen wird diskutiert. Darüber hinaus werden Vorschläge zur Verwendung des Index bei der Plattenanpassung formuliert. Außerdem konnte eine signifikante Verringerung der Kurzzeitvariabilität der mittleren Grundfrequenz bei eingesetzter Oberkieferplatte im Vergleich zu Lautaufnahmen ohne Oberkieferplatte nachgewiesen werden. Eine mögliche Abhängigkeit der mittleren Grundfrequenz von der Oberkieferplatte zeigt sich ab dem fünften Lebensmonat. In der vorliegenden Untersuchung erwies sich der dritte Lebensmonat als besonders sensibler Zeitpunkt der vorsprachlichen Entwicklung in Bezug auf die stimmliche Regulationsfähigkeit. Die nach-gewiesene Reduktion des Rauschbandenanteils und die Verringerung der Kurzzeitvariabilität der Grundfrequenz bei eingesetzter Oberkieferplatte sind ein starkes Argument für den positiven Einfluss der Oberkieferplatte auf die frühe vorsprachliche Entwicklung, wenn auch das Studiendesign den Nutzen einer kieferorthopädischen Frühbehandlung für den Sprech-/Spracherwerb nicht direkt belegen kann. Dafür wäre eine randomisierte klinische Studie mit einem Vergleich von Säuglingen mit und ohne kieferorthopädische Frühbehandlung erforderlich. Diese Pilotstudie liefert dafür eine wesentliche konzeptionelle Vorarbeit. Von klinischer Bedeutung in Bezug auf die Sprech- und Sprachentwicklung sind die Befunde der signifikant stabileren Kurzzeitvariabilität der mittleren Grundfrequenz und des verringerten Rauschanteils der Schreie bei eingesetzter Oberkieferplatte. Neben den bekannten Vorteilen der kieferorthopädischen Frühbehandlung wird mit der vorliegenden Arbeit erstmals ein Zusammenhang zwischen der Oberkieferplatte und ihrem möglicherweise stimmstabilisierenden Einfluss aufgezeigt.The influence of pre-orthopaedic treatment on pre-speech development in infants with cleft lip and palate has not yet been systematically investigated. Prospective longitudinal studies based on quantitative analysis are necessary for an early, pre-speech diagnosis of developmental disorders concerning speech and language acquisition in these patients. In this pilot study, pre-speech sounds (crying and individual cries) of six infants with cleft lip and palate were recorded during their first six months of life. The infants’ cries were recorded with and without an inserted intra-oral plate at each session in order to investigate a possible relation between certain cry properties and insertion of the intra-oral plate. The objective evaluation of such a possible relation required closely timed recordings of the cries using high-quality recording and analysis equipment as well as the appropriate analysis methods. In this study, signal analysis was carried out by using the CSL-4300 Speech-Analysis-System (KAY Elemetrics /USA). Three cry properties were analysed, (1) mean fundamental frequency (F0), (2) harmonic structure and (3) short-time variability of F0 in form of a special pitch perturbation quotient (PPQ). On the basis of 3400 analysed infant cries, this pilot study demonstrated a significant relation between recurrence and degree of voiceless, noise-like elements of cries and the insertion of the intra-oral plate. Recurrence of voiceless, “noisy”, elements was significantly reduced in those cries that were recorded while the infants had the intra-oral plate inserted in comparison to the non-plate condition. Furthermore, first evidence for a correlation between cleft-type and extent of such noisy elements and their recurrence was found in the non-plate condition. In order to allow for an objective evaluation of these findings, a simple, clinically useful noise index was developed and tested. This noise index was found to be lower for those infants wearing the plate compared to those not wearing it. This reflects both a lower recurrence of noisy elements in cries uttered with an inserted plate as well as less distinct single noisy elements. The noise index was found to be an adequate and simple quantitative measure for assessing harmonic structure. A possible long-term connection between an increased noise index during pre-speech development and later speech deviations, e.g. high nasality, is discussed. Additionally, suggestions are made for applying the proposed noise index for assessing the effect of an intra-oral plate in individual infants during pre-orthopaedic treatment. Beside a better harmonic structure, a significant reduction of the analysed short-time variability of F0 in cries uttered with inserted intra-oral plate was demonstrated as compared to cries recorded without intra-oral plate. A possible dependency of the mean frequency on the insertion of the intra-oral plate is displayed from the fifth month of life. The third month of life proved to be a sensitive time window for pre-speech development with respect to laryngeal control. The demonstrated effects of the intra-oral plate are supporting arguments in favour of a positive influence of the intra-oral plate on pre-speech development. This study needs replication with a larger sample before a direct benefit of the pre-orthodontic treatment for speech and language development can be generalized. This would require a random clinical trial including a comparison of children with and without pre-orthodontic treatment, for which this pilot study provides a conceptual preparatory work