De interactie tussen prenatale blootstelling aan spraak en breinontwikkeling in de vroege taalontwikkeling

Door naar spraak te luisteren ontwikkelen baby*s perceptuele vaardigheden die
nodig zijn om hun moedertaal (L1) te leren. De ontwikkeling van deze
vaardigheden begint al in week 20 van de zwangerschap, vanaf het moment dat
foetussen spraak kunnen horen. De buik van de moeder werkt wel als een filter
waardoor de foetus alleen klinkers (zoals /ei/ en /i/ in "baby") en prosodie
(variatie in toonhoogte, duur en intensiteit) kan horen. Door deze prenatale
ervaring met spraak, ontwikkelt de baby een voorkeur voor en een neurale
response dat specifiek is voor de stem van de moeder en voor de moedertaal,
maar niet voor onbekende stemmen en talen met een ander ritme. Ook is
aangetoond dat neonaten een neurale response laten zien dat specifiek is voor
spraak in de moedertaal, maar niet voor non-spraak, wat erop wijst dat er
spraak-specifieke functionele neurale organisatie heeft plaatsgevonden. De
ervaringen met spraak voor de geboorte zorgen er dus voor dat de baby de stem
van de moeder en de L1 onthoudt, en dat er een spraak-specifieke organisatie in
het brein plaatsvindt, wat nodig is voor taalontwikkeling.

Hoewel de rol van spraak input tijdens de zwangerschap voor spraakperceptie na
de geboorte steeds duidelijker wordt, weten we nog weinig wat de consequenties
zijn van prenatale ervaringen met spraak die atypisch zijn voor de
taalontwikkeling. Baby*s uit aandoeningen zoals vroeggeboorte (geboren voor
week 37 van de zwangerschap), groeirestrictie, en zwangerschapsdiabetes (GDM)
hebben vaak een andere manier van reageren op de moeders stem voor de geboorte
en kampen vaak met tekortkomingen in de taalontwikkeling lang na de geboorte.
Zo is aangetoond dat foetussen met groeirestrictie minder sterk op hun moeders
stem reageren. Ook hebben ze geen voorkeur voor hun moeders stem vlak na de
geboorte en ervaren ze taalproblemen, vergeleken met onaangedane (TD) kinderen,
wanneer zij 15 maanden oud zijn. Te vroeg geboren baby*s hebben minder
blootstelling aan spraak in de baarmoeder gehad en kunnen na de geboorte minder
goed linguïstisch ritme en klemtoonpatronen discrimineren (i.e., prosodische
perceptie), wat causaal gerelateerd kan worden aan de taalvertragingen die ze
op latere leeftijd ervaren.

Een van de oorzaken voor atypische prenatale ervaringen met spraak kan een
vertraagde ontwikkeling van het brein zijn. Een onderontwikkeld brein zorgt er
namelijk voor dat informatie minder efficiënt verwerkt en opgeslagen kan
worden, waardoor deze informatie (prenatale ervaringen met spraak) een
gereduceerde impact heeft op het brein t.o.v. TD foetussen, terwijl ze dezelfde
hoeveelheid blootstelling hebben. Echter, het is nog niet duidelijk hoe een
onderontwikkeld brein de impact die prenatale ervaringen met spraak heeft op de
taalontwikkeling verkleint. Het zou kunnen dat een onderontwikkeld brein
prenatale ervaringen met spraak beïnvloedt door de sensorineurale drempel te
veranderen voor prenatale input (foetale perceptie) of door veranderingen in
het auditieve geheugen, wat allebei een ander effect heeft op de
taalontwikkeling. Wanneer de relatie tussen prenatale ervaringen met spraak en
onderontwikkeling van het brein duidelijker is, kan het belang van prenatale
spraakinput voor de taalontwikkeling onderzocht worden.

Om deze relatie beter te begrijpen kunnen de taalvaardigheden van vroeggeboren
kinderen onderzocht worden. In Europa worden tussen de 8 en 9% van alle baby*s
te vroeg geboren, wereldwijd tussen de 9 en 13%. Het centraal zenuwstelsel is
bij premature neonaten per definitie minder ontwikkeld ten opzichte van a terme
geboren neonaten. Eerder onderzoek naar de rol van prenatale spraakinput heeft
aangetoond dat deze onderontwikkeling van het brein tot een taalachterstand kan
leiden op latere leeftijd. Ook behandeling op een neonatale intensive care unit
(NICU), waarin neonaten blootgesteld worden aan andere nadelige omstandigheden
(e.g. abnormale postnatale stimulatie en stress), kan bijdragen aan deze
achterstand. Echter, taalvaardigheden van vroeggeboren kinderen zijn overwegend
bestudeerd op latere leeftijd, vaak na het eerste jaar. Zeer weinig studies
richten zich op taalverwerking door premature baby*s rondom de geboorte. Om de
effecten van neurale onderontwikkeling op prenatale spraakperceptie te kunnen
begrijpen, is het nodig om het vermogen van premature neonaten in deze periode
om talige input te herkennen en verwerken te onderzoeken. Omdat het neurale
auditieve systeem van een foetus zich zeer snel ontwikkelt tijdens het derde
trimester van een zwangerschap, kan dit vermogen verschillen tussen premature
baby*s die na een verschillend aantal weken zwangerschap zijn geboren. Om
inzicht te krijgen in prenatale taalontwikkeling kan daarom een vergelijking
gemaakt worden tussen de taalverwerkingscapaciteiten van groepen vroeggeborenen
met een verschillende conceptionele leeftijd.
Daarnaast kan de interactie tussen prenatale taalervaring en onderontwikkeling
van het brein bestudeerd worden door taalverwerking te bestuderen bij voldragen
baby*s van moeders die de diagnose GDM hebben gehad (GDM baby*s). GDM wordt in
9-25% van de zwangerschappen vastgesteld en heeft neurocognitieve gevolgen voor
het kind. GDM foetussen reageren minder sterk op de stem van de moeder dan TD
foetussen. Ook kunnen ze minder goed wennen aan vibroakoestische stimulatie,
wat duidt op sensorineurologische onderontwikkeling. Ten opzichte van controles
scoren GDM kinderen lager op gestandaardiseerde testen voor cognitie en taal,
en scoren ze slechter op verbale communicatie en is het risico op een
taalstoornis op schoolgaande leeftijd tot twee keer zo hoog bij deze kinderen.
Doordat GDM veel voorkomt en er een hoog risico is voor een taalstoornis,
kunnen veel kinderen taalachterstanden ervaren. Deze taalachterstanden kunnen
significante negatieve effecten hebben op het emotioneel, academisch en sociaal
functioneren van het kind op latere leeftijd. Vroege interventies zijn dus
nodig, maar er is nog weinig bekend over hun vroege taalontwikkeling.
Het doel van dit project is om erachter te komen hoe GDM vaardigheden
beïnvloedt die nodig zijn voor de latere taalontwikkeling door deze
vaardigheden te testen bij à terme GDM en TD baby*s. Deze vaardigheden komen
uit het auditieve en spraak-specifieke domein en worden getest binnen 72 uur
na de geboorte. Daarnaast is het doel van dit project te bepalen hoe prenatale
taalperceptie zich ontwikkelt door premature neonaten, die geboren zijn na een
verschillend aantal weken zwangerschap, binnen een week na de geboorte te
testen.

In de GDM experimenten (binnen 72 uur na de geboorte):
Het zou kunnen zijn dat een van de redenen dat GDM foetussen de moeders stem
niet kunnen herkennen is dat GDM de foetale neurale ontwikkeling vertraagt,
waardoor zij minder goed auditieve input kunnen verwerken. Onze hypothese is
dat als het brein prenatale input minder goed kan verwerken, het ook minder
goed de informatie uit deze input kan gebruiken om het taalnetwerk in het brein
voor te bereiden. Dit is een kritieke eerste stap in de taalontwikkeling omdat
het de basis vormt voor de postnatale taalontwikkeling. In dit experiment
proberen we uit te vinden wat voor auditieve input baby*s kunnen verwerken vlak
na de geboorte, en hoe dat beïnvloed kan zijn door de prenatale neurale
ontwikkeling en door prenatale blootstelling aan spraak.

Om een specifiek beeld te krijgen hoe GDM baby*s auditieve stimuli verwerken,
zullen we neurale activiteit na het horen van auditieve input meten m.b.v.
multikanaals EEG in event-related potentials (ERP) paradigma*s. Dit experiment
zal kort na de geboorte plaatsvinden. Hiervoor is gekozen zodat er zo weinig
mogelijk tijd is verstreken waarin de baby postnataal blootgesteld is aan taal
en spraak, wat weer invloed kan hebben op de ERPs. Vanwege praktische redenen
en de logistiek zal dit experiment binnen 72 uur na de geboorte plaatsvinden
terwijl moeder en kind zich nog in het ziekenhuis bevinden. Om auditieve
neurale maturatie te meten zullen we EEG in twee stappen gebruiken.

Als eerste testen we de algemene auditieve neurale verwerking. Hiermee kunnen
we testen of GDM de neurale ontwikkeling van het auditieve domein heeft
vertraagd. Om dit te doen kijken we of de neonaten niet-spraak auditieve
stimuli die elkaar snel opvolgen kunnen verwerken (ook wel rapid auditory
processing genoemd). Het opdoen van deze vaardigheid gebeurt tijdens de
zwangerschap en is niet afhankelijk van het horen van spraak. Hoewel baby*s
deze vaardigheid ontwikkelen zonder de hulp van spraak input, is het wel een
essentiële vaardigheid voor het kunnen discrimineren en leren van
spraakgeluiden, wat al snel na de geboorte begint. Als het gehoor van de baby
deficiënt is in de temporele resolutie kan dit de taaluitkomsten negatief
beïnvloeden. Bijvoorbeeld, rapid auditory processing voorspelt niet alleen
39-41% van de variatie in latere taaluitkomsten, het voorspelt ook mogelijke
taalstoornissen later in het leven, zoals taalontwikkelingsstoornis.

Als tweede testen we de prenatale ontwikkeling van spraak-specifieke auditieve
verwerking vlak na de geboorte. Foetale ervaringen met spraak bevordert de
aanleg van de beginselen van de neurale netwerk voor taal, wat getest kan
worden wanneer de kinderen geboren zijn. Doordat we de algemene auditieve
verwerking en de spraak-specifieke auditieve verwerking gescheiden van elkaar
onderzoeken, kunnen we beter onderscheiden wat het effect van GDM is op
algemene neurale onderontwikkeling en de specifieke effecten op prenatale
ervaringen met spraak.

Prematuren-experiment (binnen één week na geboorte):
Als onderontwikkeling van het brein invloed heeft op het waarnemen en
analyseren van prenatale spraakinput in GDM foetussen, dan wekt dat de vraag
hoe gezonde foetussen in staat zijn dezelfde akoestische informatie te
verwerken, zonder enige talige ervaring, terwijl het neurale auditieve systeem
nog volop in ontwikkeling is. Het is onduidelijk hoe en op welk punt tijdens de
ontwikkeling foetussen de taalspecifieke prosodische informatie, waar de spraak
die de intra-uteriene omgeving van de foetus bereikt overwegend uit bestaat,
kunnen herkennen en leren. We hypothetiseren dat foetussen beschikken over
aangeboren kennis over zogenaamde *prosodische grenzen*, i.e. prosodisch
gemarkeerde eindes van zinnen en zinsdelen. Met andere woorden, iedere zich
ontwikkelende foetus beschikt over a priori kennis die het in staat stelt om
het type talige informatie dat in de baarmoeder gehoord kan worden te herkennen
en te verwerken. Als dit het geval is, dan zouden premature baby*s, die geboren
zijn na 28 tot 33 weken zwangerschap, op het moment van geboorte vergelijkbare
vaardigheden moeten hebben om prosodische informatie te verwerken, ondanks de
onderontwikkeling van de hersenen die gepaard gaat met prematuriteit. Op dit
punt in de prenatale ontwikkeling is het foetale gehoor al ontwikkeld, maar de
ervaring met de moedertaal is nog minimaal. Als premature pasgeborenen
niettemin in staat zijn om prosodische spraakinformatie te verwerken rondom het
moment van geboorte, dan suggereert dat gegeven dat dit talige vermogen
aangeboren is.

Om deze hypothese te toetsen, worden neurale responsen op auditieve taalstimuli
gemeten bij twee groepen gezonde, prematuur geboren neonaten, die geboren zijn
na een verschillend aantal weken zwangerschap. Om deze meting uit te voeren
wordt ook in dit experiment gebruikt gemaakt van multikanaals EEG in een
ERP-paradigma. Het waarnemen en verwerken van prosodische grenzen wordt
geassocieerd met een specifieke ERP-respons, genaamd de *Closure Positive
Shift* (CPS). Deze neurale responsen worden gemeten in één groep baby*s die
geboren zijn na 28, 29 of 30 weken zwangerschap (in deze studie: *vroeg-
premature neonaten*) en in één groep baby*s die geboren zijn na 31, 32 of 33
weken zwangerschap (*laat-premature neonaten*). Deze verschillende groepen
worden getest omdat het onduidelijk is op welke leeftijd CPS ontstaat als
reactie op het verwerken van een prosodische grens. Na 28 tot 30 weken
zwangerschap hebben de baby*s zeer weinig talige ervaring, maar mogelijk zijn
in deze groep de neurale mechanismen om hoger-cognitieve ERP-responsen te laten
zien nog onvoldoende ontwikkeld. Na 31 tot 33 weken zwangerschap zijn deze
mechanismen verder ontwikkeld, maar zijn de prosodische vaardigheden van de
baby*s mogelijk al beïnvloed door hun ruimere ervaring met de moedertaal. Door
deze ervaring is het moeilijk om na te gaan wat de rol van aangeboren kennis is
in het herkennen van prosodische grenzen. Om een balans te houden tussen vroege
neurale ontwikkeling aan de ene kant en talige ervaring aan de andere kant
worden baby*s in beide leeftijdsgroepen getest. Het testen vindt plaats binnen
een week na de geboorte, om de hoeveelheid postnatale taalinvloed te
minimaliseren. Responsen die overeenkomen met de CPS-component worden
geïnterpreteerd als bewijs voor aangeboren prosodische
taalverwerkingsprincipes, die de basis kunnen vormen voor prenatale
taalontwikkeling in typisch ontwikkelende foetussen, maar die falen in GDM
foetussen door de verminderde verwerking van auditieve stimuli.

Onze hoofdvraag is: Hoe beïnvloedt onderontwikkeling van het brein vaardigheden
die kritisch zijn voor de latere taalontwikkeling?
Om deze vraag te beantwoorden testen we 2 vaardigheden in GDM kinderen en
vergelijken we hen met à terme controles in 2 onafhankelijke experimenten
(respectievelijk Experiment 1 en 2), in overeenstemming met onze 2 primaire
doelstellingen. Daarnaast wordt de prenatale ontwikkeling van premature
neonaten bestudeerd in één onafhankelijk experiment (Experiment 3), door de
taalvaardigheden te onderzoeken van twee groepen prematuur geboren neonaten, in
overeenstemming met de derde doelstelling.

Primaire doelstellingen:
1. bepalen of er verschillen zijn tussen GDM en TD neonaten in de algemene
ontwikkeling van de auditieve perceptie, zoals gemeten met multikanaals EEG in
een ERP-paradigma.
2. bepalen of er verschillen zijn tussen GDM en TD neonaten in de ontwikkeling
van spraakperceptie, zoals gemeten met multikanaals EEG in een ERP-paradigma.
3. bepalen of er verschillen zijn in de ontwikkeling van spraakperceptie tussen
'vroeg-premature' neonaten, geboren na 28 tot 30 weken zwangerschap, en
'laat-premature' neonaten, geboren na 31-33 weken zwangerschap, zoals gemeten
met multikanaals EEG in een ERP-paradigma

Deze studie is een observationale cross-sectionele studie met meerdere
(onafhankelijke) uitkomsten.

Zwangerschapsdiabetes heeft nadelige effecten op het cognitief functioneren en
de taalvaardigheden van schoolgaande kinderen. Wij denken dat dit komt doordat
het de neurale ontwikkeling voor de geboorte vertraagt, wat effect heeft op
hun ervaringen met spraak/taal. Aangezien de eerste 1001 dagen van het leven
van het kind vanaf conceptie het meest belangrijk zijn voor hun neurale
ontwikkeling door de verhoogde neurale plasticiteit zou neurale
onderontwikkeling de foetale gevoeligheid voor auditieve stimuli veranderen.
Dit beïnvloedt tot welke mate het kind van deze auditieve stimulatie leert. Om
een beter begrip te krijgen van hoe dit in zijn werk gaat is meer kennis over
hun prenatale, perinatale en postnatale cognitieve en auditieve ontwikkeling
nodig. Daarbij zal deze studie meer kennis opleveren over hoe de prenatale
omgeving de vroege taalontwikkeling in het algemeen beïnvloedt. Er is steeds
meer bewijs dat foetussen leren van de geluiden die ze horen tijdens de
zwangerschap, maar het is nog onduidelijk of deze vroege prenatale ervaringen
met geluiden nodig zijn voor de vroege taalontwikkeling.

Er zijn geen risico's in elk van de experimenten in deze studie. Het kind wordt
in elk experiment gepresenteerd met auditieve stimuli op een volume dat veilig
is voor het gehoor en hen geen schade kan aandoen. EEG vereist het gebruik van
een speciale muts met sensoren die de hersenactiviteit meten. Deze muts is
speciaal gemaakt voor neonaten en is zorgvuldig getest voor hun gevoelige
hoofdjes. De sensoren zullen alleen elektrische informatie die intern
geproduceerd wordt door het brein opnemen, maar niet zelf uitzenden. Hierdoor
is het veilig voor gebruik. Alle onderzoekers die betrokken zijn in dit
onderzoek worden ook getraind voordat zij in contact komen met hun eerste
studie participant.

Hoewel er geen risico's zijn, zullen de ouders/verzorgers en het kind wel wat
last ervaren. Ten eerste zullen 1 of beiden ouder(s)/verzorger(s) aanwezig zijn
tijdens de experimentele sessies, wat wellicht als saai ervaren kan worden. Ze
zullen ook vragen die bijvoorbeeld gaan over hun socioeconomische status
beantwoorden die zij wellicht niet fijn zullen vinden. Wij zullen hen echter
verzekeren dat alle informatie die zij ons geven strikt vertrouwelijk behandeld
en zorgvuldig beschermd zal worden. Ten tweede zal het kind twee keer tijdens
één sessie getest worden voor de experimenten met voldragen baby's, wat zij
wellicht vervelend kunnen vinden. De premature baby's worden één keer getest.
We denken dat dit geen probleem zal zijn. De metingen zijn gemaakt om gedurende
het meten te slapen; iets wat een pasgeboren baby al een groot deel van de dag
doet. Ook zorgt dit voor meer comfort tijdens het experiment.

Verder hebben we geprobeerd de last zoveel mogelijk te minimaliseren. Zo zijn
de meetmomenten gepland op het moment dat moeder en kind al in het ziekenhuis
zijn of worden ze thuis uitgevoerd. Zij hoeven dan geen extra tijd te besteden
om naar de onderzoekslocatie te komen.

Met het oog op de grote hoeveelheid kennis die we zullen verzamelen met deze
studie, zijn we van mening dat de relatief lage last die de ouders/verzorgers
en het kind zullen ervaren te verwaarlozen zijn.