Seine Muttersprache lernt ein Mensch in frühester Kindheit. Später geht das Sprechen wie von selbst. Jeder Mensch kann seine motorische Sprechfähigkeit aber auch wieder verlieren – zum Beispiel nach einem Schlaganfall, einem Schädelhirntrauma oder infolge einer Parkinson-Erkrankung. Betroffene müssen das Sprechen dann wieder neu lernen. Eine interaktive App unterstützt Patienten und Therapeuten dabei, nachhaltige Trainingserfolge zu erreichen.

Durchschnittlich redet jeder von uns 16.000 Wörter pro Tag – Männer wie Frauen. Das hat eine Studie gezeigt, für die etwa 400 Probanden über sechs Jahre hinweg tageweise und ohne Vorankündigung in ihrem Alltag »belauscht« wurden. Zeigten sie sich »maulfaul« registrierte der Wörterzähler auch einmal nur bis 500. Überdurchschnittlich kommunikative Personen teilten ihrer Umgebung dagegen bis zu 45.000 Wörter und mehr mit. In jedem Fall sind die Studienergebnisse ein Beleg dafür, wie wichtig das Kommunikationswerkzeug Sprechen ist. Entsprechend hoch ist der Verlust an Lebensqualität, den eine Dysarthrie mit sich bringt. Dysarthrie ist eine Kombination aus Sprechstörung und Dysphonie infolge Schädigungen der an der Sprechmotorik beteiligten neuromuskulären Strukturen. So lautet die Definition im klinischen Wörterbuch Pschyrembel. Davon Betroffene können also mit ihren Atem-, Mund- und Gesichtsmuskeln Buchstaben und Silben nicht mehr formen und verständlich aussprechen. Das gelingt ihnen selbst dann nur mit Mühe oder sogar überhaupt nicht, wenn sie sich darauf gezielt konzentrieren. Eine Ursache dafür kann eine vorübergehende oder dauerhafte Schädigung des Gehirns sein. Dann können die Betroffenen die in früher Kindheit gelernten Bewegungsmuster nicht mehr abrufen. Oder es liegen Funktionseinschränkungen wie eine Lähmung an einzelnen oder mehreren Sprechmuskeln vor. Die verschiedenen Phoneme lassen sich also nicht mehr wie gewohnt formen.

Die Messaging-Funktion ermöglicht einen schnellen und einfachen Austausch zwischen dem App-Nutzer und seinem Therapeuten oder Arzt. Bild: Fraunhofer FOKUS

Sprechtherapien nachhaltig erfolgreich machen

Bei der Behandlung einer Dysarthrie ist eine Sprechtherapie das Mittel der Wahl. Ziel dabei ist es, die Sprechfähigkeit wieder vollständig oder zumindest so weit wie möglich wiederzuerlangen. Dabei muss der Betroffene die Bildung und Aussprache einzelner Phoneme und ganzer Silben und Wörter Schritt für Schritt neu erlernen. Je nach individueller Ausprägung der Dysarthrie wählen Ärztin oder Arzt beziehungsweise Therapeutin oder Therapeut geeignete Sprechübungen aus und erstellen einen auf ihren Patienten abgestimmten Trainingsplan. »Das Problem dabei: Die gemeinsamen Sitzungen während eines Reha-Aufenthaltes und bei ambulanten Therapieterminen reichen in der Regel bei weitem nicht aus, um einen nachhaltigen Therapieerfolg zu erzielen«, sagt Dr. Stefan Klose vom Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme FOKUS. Vielmehr sei es erforderlich, dass die Betroffenen ihre Sprechübungen regelmäßig und über einen längeren Zeitraum hinweg immer wieder und eigenverantwortlich wiederholen. Da dabei jedoch die fachliche Betreuung nicht gegeben ist, ist die Unsicherheit der Patientinnen und Patienten häufig groß. Führe ich die Übung korrekt aus? Oder übe ich Fehler ein und gefährde damit den Therapieerfolg sogar?

Über die DysarTrain App können Dysarthrie-Betroffene ihren individuellen Trainingsplan nutzen, ihren Übungsstatus einsehen und sich mit ihrem Therapeuten austauschen. Bild: Fraunhofer FOKUS

Tablet als Trainingscoach

Unterstützung und Sicherheit bei der selbstständigen Durchführung von Sprechtrainings erhalten Betroffene nun per App. Im Projekt »DysarTrain« entwickelte ein Wissenschaftlerteam vom Fraunhofer FOKUS gemeinsam mit der Q2WEB GmbH, dem Institut der Kasseler Stottertherapie und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg eine interaktive Anwendung, die Dysarthrie-Patienten und ihre Therapeuten gemeinsam zur Ergänzung der Reha-Maßnahmen einsetzen können. Um das digitale Angebot zu nutzen, benötigen Patientinnen und Patienten ein Android-Tablet, auf dem sie die App installieren. In der App ist für sie ein individueller Trainingsplan mit den für sie relevanten Übungen hinterlegt. Wie eine Übung korrekt auszuführen ist, zeigt ein Video und eine Anleitung, die sie ganz nach Wunsch selbst lesen oder sich vorlesen lassen können. Mit Fingertouch auf einen Button lässt sich die jeweilige Übung starten. Während die Patientin oder der Patient die Übung ausführt, schaut er auf sein Tablet wie in einen Spiegel. Die Anwendung nutzt währenddessen Mikrofon und Kamera des Tablets, um den Übungsverlauf mitzuverfolgen. In die App ist dazu unter anderem ein Spracherkenner integriert, der nicht nur erfassen kann, was gesprochen wird, sondern vor allem auch, wie ein Phonem oder eine Silbe gesprochen wird. Die dazu eingesetzten neuronalen Netze hat das Entwicklerteam speziell auf die Sprechprobleme bei einer Dysarthrie trainiert.

»Grundlegend für ein gezieltes Trainieren der Erkennungsalgorithmen war es, dass wir exakt gelabelte Referenzdaten zur Verfügung hatten«, erklärt Klose. Deshalb arbeitete sein Team eng mit Patientinnen und Patienten sowie einem Facharztteam zusammen. Audioaufnahmen verschiedener Sprechübungen wurden so sehr detailliert und fachlich fundiert analysiert. Die Ergebnisse dienen dann als Input für die Verfahren des Maschinellen Lernens, die es dem Sprecherkenner ermöglichen, die dysarthrie-typischen Sprechmuster zu erkennen. Zusätzlich analysiert das System das Videobild des Sprechenden. Bildanalysen registrieren während der Aussprache eines Phonems zum Beispiel die Weite der Mundöffnung, die Rundung der Lippen oder den Zeitpunkt und die Ausprägung des Lippenschlusses. »Die Kombination der Analysen von Audio und Video ermöglicht eine zuverlässige Bewertung der Übungsausführung«, so Klose. Am Ende einer Übung erhält der App-Nutzer am Bildschirm sofort ein Feedback, das ihn informiert, was er gut gemacht hat und wo noch Verbesserungen möglich beziehungsweise nötig sind.

App als integrierter Teil der Sprechtherapie

DysarTrain unterstützt nicht nur das eigenständige Training, sondern erleichtert auch die Zusammenarbeit und Kommunikation zwischen Patient und Therapeut: Zu dem System gehört auch eine Web-App für den Arzt oder Therapeut. Er richtet ein spezifisches Konto für den Patienten ein und wählt aus einer Sammlung von Übungen in verschiedenen Schwierigkeitsstufen geeignete Trainingseinheiten aus, um einen individuell angepassten Therapieplan zu erstellen. Das System überträgt diesen dann an die Tablet-App des Nutzers. Über eine Messaging-Funktion kann der Therapeut mit seiner Patientin oder seinem Patienten Nachrichten austauschen. Nach dem Training kann der Therapeut über die Web-App zudem die erzielten Ergebnisse einsehen und so den Therapieverlauf mitverfolgen und betreuen.
Aktuell ist DysarTrain im Piloteinsatz für das Sprechtraining bei Patientinnen und Patienten mit Dysarthrien infolge eines Schlaganfalls. Das Projekt wurde im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

(mab)

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Dr. Stefan Klose
  • Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme FOKUS
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