Comparison of emotional expressions and developmental changes in preverbal vocalizations of normally hearing and hearing-impaired infants

Abstract

This study provides a comprehensive, comparative investigation of preverbal vocalizations of normally hearing (NH) and profoundly hearing-impaired (HI) infants. I had two major goals: First, to investigate whether different emotional states are encoded in infant vocalizations; and second, to examine the influence of hearing deficiency on vocal production, vocal development, and on the encoding of emotions in infant vocalizations. Apart from learning more about preverbal vocal communication, I additionally wanted to prove whether acoustical analysis could be useful to improve the early diagnosis of hearing impairment. I first characterized the vocal repertoire in the first year of life based on acoustic parameters. Next, I examined at which age the different call types emerged and whether the acoustic structure of certain call types show age-related changes. Furthermore, I analyzed whether call structure correlates with the estimated emotional state of the vocalizing infant. Finally, I examined the composition of coherent sequences of vocalizations, asking if there are certain call types whose relative frequency is related to the infants' emotional states. The results revealed that the preverbal vocal production of NH and HI infants is, in many respects, very similar. Both infant groups shared the same vocal repertoire. Except for the call type babbling, which was produced later by HI infants, all call types emerged at the same age in the repertoire of NH and HI infants. Only minor age-related changes in call structure were found in the vocalizations of both study groups, which presumably reflect growth and maturation processes. In addition, only one of three call types tested (cry) showed significant differences in acoustic structure related to hearing ability. Furthermore, HI and NH infants equally encoded positive and negative emotions in call structure. In both infant groups, vocalizations produced in emotional states which are related in valence could not be separated. Differences between NH and HI infants were mainly found in call-sequence composition. First, independent of the emotional context, HI infants uttered certain call types more or less often than their NH peers. Second, call sequences of NH infants showed emotion-related changes in their composition, whereas such changes were virtually lacking in HI sequences. To sum up, the results of this study indicate that the emergence and the acoustic structure of preverbal vocalizations, as well as basic emotional encoding is to a great extent independent of the auditory input. Sequence composition, in contrast, seems to be influenced by auditory learning. However, due to the given similarities and the high variability of NH and HI vocal production, acoustic analyses of preverbal utterances are, in my view, too labor-intensive to represent a practicable method for improving the early diagnosis of hearing impairment. The only exception is the time of emergence of babbling which can easily be checked by physicians and parents.

Diese Studie stellt eine umfassende, vergleichende Untersuchung der präverbalen Vokalisationen normal hörender (NH) und hochgradig schwerhöriger (SH) Säuglinge dar. Ich hatte zwei Hauptziele: Erstens, zu untersuchen, ob verschiedene Emotionen in den Vokalisationen von Säuglingen kodiert sind, und zweitens, den Einfluss beeinträchtigten Hörens auf die vokale Produktion und die vokale Entwicklung sowie auf die Kodierung von Emotionen in Säuglingslauten zu studieren. Neben dem Aspekt mehr über präverbale vokale Kommunikation zu erfahren, sollte auch geprüft werden, ob sich mittels akustischer Analysen die frühe Diagnose von Schwerhörigkeit verbessern lässt. Ich charakterisierte zunächst das Lautrepertoire des ersten Lebensjahres auf der Basis akustischer Parameter. Dann untersuchte ich, in welchem Alter die verschiedenen Lauttypen auftraten und prüfte, ob in der akustischen Struktur bestimmter Lauttypen alterskorrelierte Veränderungen vorkamen. Daraufhin analysierte ich, ob die Lautstruktur mit den angenommenen Emotionen der Säuglinge korreliert. Schließlich untersuchte ich die Zusammensetzung von zusammenhängenden Lautsequenzen. Ich prüfte, ob es Lauttypen gibt, deren relative Häufigkeit sich mit der jeweiligen Emotion der Säuglinge ändert. Ich fand, dass sich die präverbale vokale Produktion von NH und SH Säuglingen in vielen Aspekten gleicht. Beide Säuglingsgruppen besaßen das selbe Lautrepertoire. Mit Ausnahme des Lauttyps "Babbling", welcher von SH Säuglingen später geäußert wurde, traten alle Lauttypen bei NH und SH Säuglingen im gleichen Alter auf. Es wurden in beiden Studiengruppen nur geringe alterskorrelierte Veränderungen in der Lautstruktur gefunden, die alle auf Wachstums- und Reifeprozesse zurückführbar waren. Außerdem war nur einer von drei getesteten Lauttypen (Schrei) in seiner akustischen Struktur von reduziertem auditorischen Input beeinflusst. Zudem kodierten SH Säuglinge auf gleiche Weise positive und negative Emotionen in der Struktur ihrer Laute, während sich jeweils Laute mit zugrundeliegenden Emotionen gleicher Valenz nicht trennen ließen. Die deutlichsten Unterschiede zwischen NH und SH Säuglingen fanden sich in der Zusammensetzung von Lautsequenzen. Erstens produzierten SH Säuglinge, unabhängig vom emotionalen Kontext, bestimmte Lauttypen häufiger oder seltener als NH Säuglinge. Zweitens fanden sich in den Sequenzen von NH Säuglingen emotionskorrelierte Unterschiede, welche in Sequenzen von SH Säuglingen fehlten. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse dieser Studie, dass das Auftreten und die akustische Struktur präverbaler Laute, sowie die basale Emotionskodierung größtenteils unabhängig von auditorischem Input ist. Die Sequenzzusammensetzung hingegen scheint durch auditorisches Lernen beeinflusst zu werden. Da die präverbale vokale Produktion von NH und SH Kindern viele Ähnlichkeiten aufweist und zudem sehr variabel ist, ist die akustische Analyse von Säuglingslauten, meiner Ansicht nach, zu arbeitsintensiv, um eine praktikable Methode zur Verbesserung der frühen Diagnose von Schwerhörigkeit darzustellen. Die einzige Ausnahme bildet die Beobachtung des zeitlichen Auftretens von "Babbling", welche von Ärzten und Eltern leicht durchgeführt werden kann.