A Genetic Basis for Mechanosensory Traits in Humans

Hearing and touch are genetically related, and people with excellent hearing are more likely to have a fine sense of touch and vice versa

Study on auditory processing and perception in school-age children of 2nd and 3rd grade

## 1. Titelseiten ## 1. Inhaltsverzeichnis ## 1. Einleitung und Stand der Forschung 1. Grundlagen der auditiven Verarbeitung und Wahrnehmung 2. Auditive Verarbeitung und Wahrnehmung in der frühkindlichen Entwicklung 3. Konzept der "Auditiven Verarbeitung und Wahrnehmung" (AVW) 1. Objektive Untersuchungsmethoden der AVW 2. Subjektive Tests und psychometrische Untersuchungen zur AVW 4. Auditive Wahrnehmung bei Schulkindern 2. Problemstellung 3. Material und Methoden 1. Probanden 1. Ein- und Ausschlusskriterien 2. Zielgruppe 3. Patienten 4. Untersuchungsablauf 5. Anamnese, Spiegeluntersuchung, Beurteilung der sprachlichen Entwicklung 6. Subjektive audiometrische Untersuchungen 1. Peripheres Hörvermögen 2. Auditive Diskrimination 3. Auditive Figur-Grundwahrnehmung 4. Zeitliche Komponenten der auditiven Diskrimination 5. Dichotisches Hörvermögen 7. Psychometrische Testverfahren 1. Intellektuelle Entwicklung 2. Visuelle Wahrnehmung 3. Auditive Wahrnehmung 1. Auditive Diskrimination 2. Lautdiskrimination 3. Auditive Synthese und Ergänzung 4. Auditive Sequenzierung und Speicherung 4. Rechtschreibleistung 8. Statistische Auswertung der Daten 4. Ergebnisse 1. Base-line, Datenlage 2. Audiometrische Untersuchungen von Zielgruppe und Patienten 1. Freiburger Sprachverstehenstest (FSV) 2. Freiburger Sprachverstehenstest im Störschall (FSVS) 3. Zeitkomprimierte Wörter 4. Dichotisches Hörvermögen 3. Psychometrische Untersuchungen der auditiven Leistungen: * Zielgruppe und Patienten 1. Lautdiskrimination * Leistungen der Zielgruppe * Vergleich Zielgruppe vs. Patienten 2. Auditive Synthese und Ergänzung Psycholinguistischer Entwicklungstest - Laute verbinden Psycholinguistischer Entwicklungstest - Wörter ergänzen 3. Auditive Sequenzierung und Speicherung * Zahlenfolgegedächtnis (ZFG) * Mottier-Test * * Leistungen der Zielgruppe * Vergleich Zielgruppe und Patienten * Heidelberger Sprachentwicklungstest (HSET/IS) * * Vergleich Zielgruppe vs. Patienten * Fehler in der Wiedergabe von Dativsätzen 4. Zusammenhang der auditiven Leistungen untereinander 5. Auswirkungen aller Leistungen auf das Rechtschreibergebnis 6. Auditive Tests vs. Rechtschreibleistungen für die 2. und 3. Klassenstufe 7. Erstellung eines auditiven Leistungsprofils der Zielgruppe 1. Bewertung der Rechtschreibergebnisse auf dieser Grundlage 8. Sensitivitätsanalyse der auditiven Testverfahren 1. Das Problem 2. Iterative Vorgehensweise, Bestimmung optimaler Cut-off-Werte 3. Das Reihenfolgenproblem 9. Baumanalysen 1. Evaluierungskollektiv 2. Zielgruppe 3. Extremgruppenvergleich 10. Bewertung der Baumanalysen 11. Sensitivität und Spezifizität der einzelnen auditiven Untersuchungsverfahren 12. Explorative Faktorenanalyse 13. Konfirmatorische Faktorenanalyse 5. Diskussion 1. Inhaltliche und methodische Aspekte 2. Bewertung des Leistungsprofils der auditiven Verarbeitung und Wahrnehmung 3. Bedeutung des IQ für den Zusammenhang zwischen Rechtschreibfähigkeit und auditiven Leistungen 4. Deskriptiver Vergleich anamnestischer Daten 1. Allgemein-Anamnese 2. Sprachliche Entwicklung 3. Audiometrische Untersuchungsverfahren 1. Sprachverstehen im Störschall 2. Zeitkomprimierte Wörter 3. Dichotisches Hören 4. Psychometrische Untersuchungsverfahren 1. Lautdiskrimination 2. Lautsynthese 3. Auditive Sequenzierung und Speicherung 5. Zusammenfassung des Gruppenvergleichs 6. Bedeutung der Faktorenanalysen für das Konzept der Auditiven Verarbeitungs- und Wahrnehmungsstörung (AVWS) 7. Bedeutung der Untersuchungsebenen für die Rechtschreibleistung 8. Ausblick - Diagnostische und therapeutische Konsequenzen bei AVWS 6. Zusammenfassung 7. Literatur 8. Anhang 1. Tabellen 2. Anschreiben, Dokumentations- und Auswertungsbögen 3. Danksagung 4. Lebenslauf 1 2 3 8 9 9 15 19 21 21 21 22 22 23 24 25 25 25 25 26 27 28 29 30 33 33 34 35 36 38 40 41 41 43 43 43 44 45 45 46 46 47 48 48 48 49 49 50 51 52 53 54 56 57 60 60 60 61 62 63 63 64 65 65 66 69 71 74 74 77 78 79 79 79 80 80 81 82 82 83 84 86 87 88 90 92 94 103 104 105 118 119Das Konzept einer Störung in der auditiven Verarbeitung und Wahrnehmung bei Kindern als mögliche Ursache für Probleme im Laut- und Schriftspracherwerb hat in den letzten 15 Jahren international immer mehr an Bedeutung gewonnen. Beim gegenwärtigen Stand der Forschung erfolgt die Erfassung einzelner Komponenten der auditiven Verarbeitung und Wahrnehmung zu einem überwiegenden Teil mittels subjektiver audiometrischer und psychometrischer Untersuchungsverfahren, wobei ein Außenkriterium als objektives Maß noch nicht vorliegt. Um für den klinischen Alltag daraus die Diagnose einer �Auditiven Verarbeitungs- und Wahrnehmungsstörung� (AVWS) ableiten zu können, war eine Evaluierung von im deutschsprachigen Raum zur Verfügung stehenden auditiven Testverfahren erforderlich. Hierzu erfolgte die Überprüfung einer Testbatterie aus 14 Einzelverfahren zur Erfassung der auditiven Verarbeitung und Wahrnehmung. Diese Verfahren prüfen Aspekte der phonologischen Bewusstheit wie Phonemdiskrimination, Lautanalyse und Lautsynthese, Sprachwahrnehmung bei verminderter Signalqualität durch Störschall oder Zeitkompression, sowie Aspekte des sprachauditiven Arbeitsgedächtnisses. Die Untersuchung erfolgte mit einer umfassenden Testbatterie (Hörvermögen, Intelligenz, Rechtschreibung, visuelle Wahrnehmung), sowie der kompletten auditiven Testbatterie an einem Kollektiv von 105 Grundschulkindern der Klassenstufe 2 und 3. 82 Kinder dieser Kohorte wurden als schulisch unauffällig und bezüglich des Hörvermögens, der intellektuellen und visuellen Leistungen als altersgemäß entwickelt in die Studie einbezogen. Eine Kohorte von 37 Patienten der gleichen Klassenstufen, die mit dem Verdacht auf eine AVWS in der Klinik vorgestellt worden waren, überwiegend wegen erheblicher Probleme in der Rechtschreibung, wurde mit derselben Testbatterie untersucht. Beide Gruppen unterschieden sich nicht signifikant bezüglich ihres Hörvermögens und ihrer intellektuellen Leistungen. In einem iterativen Vorgehen wurden anhand der Testergebnisse der �gesunden� Zielgruppe für die einzelnen auditiven Tests �Cut-off-Werte� ermittelt, ein �auditives Leistungsprofil� für Kinder dieser Klassenstufen erstellt und anhand dessen die Trennschärfe der einzelnen Untersuchungsverfahren ermittelt, sowie ein Kriterium für die Diagnose einer AVWS festgelegt. Die durchgeführte Analyse zur Sensitivität und Spezifität der einzelnen auditiven Testverfahren ergab die Notwendigkeit, die Trennschärfe der Testbatterie durch Optimierung der Testzusammenstellung zu verbessern. Die Baumanalysen zeigten, dass bei optimaler Reihenfolge ein zweistufiger Diagnostikprozess möglich wird. So würden für eine effektive Diagnostik eine Testzusammenstellung bestehend aus drei der 14 Testverfahren ausreichen. Voraussetzung dafür sind Kohorten, die dem vorliegenden Evaluierungskollektiv entsprechen. Im Gruppenvergleich unterschieden sich Ziel- und Patientengruppe in ihren Leistungen in elf der auditiven Tests hochsignifikant, in einem Verfahren signifikant und in zwei der auditiven Untersuchungsverfahren gar nicht voneinander. Besondere Bedeutung kommen dabei der phonematischen Diskrimination, dem sprachauditiven Arbeitsgedächtnis und der Sprachverarbeitung im Störschall zu. Die durchgeführte Faktorenanalyse wies Diskrimination und sprachauditives Arbeitsgedächtnis als stärksten Faktor aus. Eine Separierung dieser beiden auditiven Komponenten ist mit den vorhandenen subjektiven Verfahren nicht zu erreichen, da hierbei Leistungen wie Erkennen und Wiedergabe benötigt werden, die in gleichem Maße Diskriminations- und Gedächtnisleistungen erfordern. Den zweitstärksten Faktor bildete die Sprachwahrnehmung unter Störeinfluss, bei der die Kinder akustisch überlagerte oder veränderte Sprachsignale erkennen mussten. Ein hochsignifikanter Zusammenhang zwischen Rechtschreibleistungen und auditiven Testverfahren, bestand für diejenigen, die den Faktor auditive Diskrimination und Gedächtnis bildeten sowie für die Sprachwahrnehmung im Störschall und zwar unabhängig von den visuellen Leistungen der Kinder. Der ebenfalls nachzuweisende hochsignifikante Zusammenhang zwischen anamnestisch bestehenden Sprachentwicklungsstörungen und späteren Problemen in der Rechtschreibung lässt Störungen in der auditiven Verarbeitung und Wahrnehmung als zentrales Bindeglied erscheinen. Die Evaluierung der Testbatterie ermöglicht in der Diagnostik die Erstellung eines Profils der Defizite in der auditiven Verarbeitung und Wahrnehmung von Grundschulkindern, die Grundlage eines Interventionsprogramms darstellen sollten. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Defizite, die in der zweiten und dritten Klassenstufe manifest sind, auch schon zu Beginn der Schulzeit oder bereits im Vorschulalter erfasst werden können. Bei den Prävalenzraten von klinisch bedeutsamen Sprachentwicklungsstörungen (5 � 7%) und Lese-Rechtschreibstörungen (5 � 10% eines Jahrgangs) ist es daher erforderlich, Förderkonzepte mit auditiven und sprachlichen Schwerpunkten für den Kindergarten und den Schulbeginn zu etablieren.Disorders in auditory processing have gained importance over the past 15 years in international research as causal factors in problems of speech-language development and of dyslexia. At the present stage of research auditory processing is being investigated for the most part by means of subjective audiometric and psychometric tests. At present there exists no operational and sharply defined criteria for "auditory processing disorder" (APD). Therefore the present study was undertaken to develop a battery of tests which would serve as basis for diagnosing auditory processing disorder. To that end a battery of 14 available tests were selected for evaluation. These assembled tests measure phonological awareness like discrimination, analysis and synthesis of phonemes, auditory speech perception with degraded signals like speech in noise and time-compressed speech, dichotic speech perception as well as various aspects of auditory memory e.g. morpheme- and digit-span, memory for sentences. 105 2nd and 3rd grade school aged-children were tested with the complete auditory test-battery and were evaluated in terms of normal development of peripheral hearing, non-verbal intelligence, visual perception, articulation and spelling. 82 children of this cohort could be included in the study as normally developed. 37 children (2nd and 3rd grade) who were referred to the Clinic of Audiology and Phoniatrics because of suspicious auditory processing disorder - often with problems in spelling - were also enrolled. The two groups did not differ significantly in cognitive development and peripheral hearing. "Cut-off values" were ascertained on the basis of test results of the normal target group for the single auditory tests by means of an iterative procedure. An auditory achievement profile was developed for children on this grade level. On the basis of this profile the selectivity of single procedures were ascertained and criteria for the diagnosis of an auditory processing disorder determined. Analysis of sensitivity and specificity of auditory tests showed that the power of the test battery can be significantly improved by optimising the order of test presentation. Tree- analysis demonstrated that following a certain order three out of 14 tests would be enough for an effective diagnostic process in a cohort equivalent to the evaluation-group. A comparison between the normal children and the patients showed highly significant differences in 11, significant difference in one and no difference in two of the auditory tests. Most important are the results in phonematic discrimination, auditory memory and speech in noise. An explorative factor analysis demonstrated discrimination and auditory memory as strongest factor. A separation of these two components can not be achieved with subjective tests because recognition and reproduction need discrimination and memory at the same time. The second factor consisted of distorted speech perception, which means that the children had to detect masked or time reduced speech signals. Highly significant correlations between spelling and auditory tests existed for those tests who made up the factors discrimination and auditory memory as well as speech perception in noise. This result occurred independently of the results on the visual perception tests. Highly significant correlations occurred between the anamnesis of language development disorders and later problems in spelling. This result seems to reflect auditory processing disorders as a linkage between both difficulties. The evaluation of this test battery enables one to construct an auditory profile of the deficits in auditory perception of young school children. The results show that the deficits which are manifest in the second and third grade can already be detected at the beginning of school or even in preschool. Considering a prevalence of clinically significant speech and language disorders of 5 � 7% and 5 � 10% children (per age-group) with dyslexia treatment concepts of auditory and language training are required before and at the beginning of school

Cross-correlations between the investigated sensory traits.

<p>Three different types of intramodal and intermodal correlations were distinguished (A). Three mechanosensory and one non-mechanosensory intermodal correlation were detected (B). ^ns, not significant; * <i>p</i><0.05; ** <i>p</i><0.01; *** <i>p</i><0.001. False discovery rates for <i>p</i> value cutoff at 0.05 for (1) intramodal correlations: 0.004, (2) mechanosensory intermodal correlations: 0.14, and (3) non-mechanosensory intermodal correlations: 0.83. Values were corrected for age before analysis.</p

Cross-twin correlations and heritability estimates of baroreflex traits.

<p>For both baroreflex traits—baroreflex sequence slope (A) and baroreflex sequence frequency (B)—the cross-twin correlations were higher in MZ than in DZ twins. Significant heritability estimates could be calculated. <i>r</i>, intra-class correlation; <i>h²</i>, heritability estimate; 95% confidence interval in brackets; AE, preferred model used to estimate heritability.</p

Touch sensitivity in a cohort of Braille reading blind people.

<p>The vibration detection threshold was not different in comparison to a control cohort, but the tactile acuity was significantly higher in the blind cohort. *** <i>p</i><0.001; <i>t</i> test.</p

Touch sensitivity in different cohorts of people suffering from the Usher syndrome.

<p>The mean tactile acuity and vibration detection thresholds were elevated in the group of people carrying pathogenic mutations in the gene USH2A (A, B) but not in a cohort of Usher syndrome type II patients with unknown genotype where tactile acuity thresholds were lower than in the control cohort (D), and vibration detection thresholds were not significantly different (C). ^ns, not significant; * <i>p</i><0.05 Student's <i>t</i> test.</p

Summary of psychophysical and physiological tests carried out in different cohorts.

<p>Summary of psychophysical and physiological tests carried out in different cohorts.</p

Cross-twin correlations and heritability estimates (where applicable) of temperature sensitivity traits.

<p>For all traits except the cold pain threshold, the cross-twin correlations were higher in MZ than in DZ twins. Significant heritability estimates could be calculated for cold (A) and warmth (B) detection thresholds, whereas for the heat (C) and cold (D) pain thresholds, the CE model, not containing a heritable component, was preferred. <i>r</i>, intra-class correlation; <i>h²</i>, heritability estimate; 95% confidence interval in brackets; AE/CE, preferred model used to estimate heritability.</p

Cross-twin correlations and heritability estimates of hearing traits.

<p>For all three hearing traits—pure tone thresholds (A), otoacoustic emission reproducibility (B), and otoacoustic emission strength (C)—cross-twin correlations were higher in MZ than in DZ twins, and very high heritability values could be estimated. <i>r</i>, intra-class correlation; <i>h²</i>, heritability estimate; 95% confidence interval in brackets; AE, preferred model used to estimate heritability.</p

Cross-twin correlations and heritability estimates of touch sensitivity traits.

<p>For both vibration detection threshold (A) and tactile acuity (B) cross-twin correlations were higher in monozygotic (MZ) than in dizygotic (DZ) twins and significant heritability values could be estimated. <i>r</i>, intra-class correlation; <i>h²</i>, heritability estimate; 95% confidence interval in brackets; AE, preferred model used to estimate heritability.</p