HerzMusik:

Grafische und akustische Darstellung der mütterlichen und fetalen HRV






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Pränatale Bindung


Die Zeit vor der Geburt gehört zu den letzten Grenzbereichen der Entwicklungswissenschaft.  Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass pränatale Erfahrungen einen anhaltenden Einfluss auf die Gesundheit und die Entwicklung über die gesamte Lebensspanne haben.

Die Mutter ist von zentraler Bedeutung für das fetale Umfeld. Ihr Zustand setzt den Rahmen für den Zustand und die Entwicklung des Fötus.

Die Gefühle und Stimmungen der Mutter sind mit Hormonen und Neurotransmittern verbunden, die über den Blutkreislauf und die Plazenta in das sich entwickelnde Gehirn des Ungeborenen gelangen. Eine längere Exposition gegenüber Stresshormonen, einschließlich Adrenalin und Cortisol, versetzt das heranwachsende Gehirn in die Lage, lebenslang im Kampf- und Fluchtmodus zu reagieren - auch wenn dies unangemessen ist. Die mütterliche Betonung von Freude und Liebe hingegen durchflutet das heranwachsende Gehirn mit "Wohlfühl"-Endorphinen und Neurohormonen wie Oxytocin und fördert so ein lebenslanges Wohlbefinden.

Es wird vermutet, dass pränataler Stress ein Faktor ist, der Frühgeburten sowie Frühgeburten mit niedrigem Geburtsgewicht verursacht. Ein niedriges Geburtsgewicht ist ein Risikofaktor für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und eine hohe Körpermasse. Kindheitserfahrungen in emotional kalten Familien erhöhen die Wahrscheinlichkeit einer schlechten geistigen und körperlichen Gesundheit im späteren Leben, und Missbrauch in der Kindheit ist ein bekannter Risikofaktor für Depressionen, posttraumatische Belastungsstörungen, idiopathische chronische Schmerzstörungen, Drogenmissbrauch, unsoziales Verhalten sowie Fettleibigkeit, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Ein chaotisches häusliches Umfeld ist ein Schlüsselfaktor für schlechtes selbstregulierendes Verhalten, ein Gefühl der Hilflosigkeit und psychische Belastung sowie für eine erhöhte Körpermasse und erhöhten Blutdruck.

Starkes mütterliches Verhalten führt zu Nachkommen, die neue Umgebungen stärker erkunden und weniger emotional reagieren und eine geringere und kontrolliertere Glukokortikoid-Stressreaktion in neuen Situationen zeigen; schlechte mütterliche Betreuung führt zu Nachkommen mit erhöhter emotionaler und HPA-Reaktivität und weniger Erkundung einer neuen Situation. Die Auswirkungen der prä- und perinatalen mütterlichen Fürsorge werden durch das spätere Verhalten der weiblichen Nachkommen, wenn sie Mütter werden, über Generationen hinweg weitergegeben, und die Methylierung der DNA von Schlüsselgenen scheint bei dieser epigenetischen Übertragung eine Rolle zu spielen.

Der Fötus ist jedoch alles andere als ein Träger Passagier in der schwangeren Mutter, sondern er hat die Schwangerschaft fest im Griff. Er ist es, der den endokrinen Erfolg der Schwangerschaft garantiert und alle möglichen Veränderungen in der mütterlichen Physiologie herbeiführt, um sie zu einem geeigneten Wirt zu machen. Es ist der Fötus, der im Alleingang das Homograft-Problem löst - keine Kleinigkeit, wenn man bedenkt, dass es biologisch durchaus möglich ist, dass eine Frau im Laufe ihrer reproduktiven Karriere mehr als ihr eigenes Körpergewicht an Babys zur Welt bringt, die alle immunologische Fremdlinge sind. Es ist der Fötus, der die Dauer der Schwangerschaft bestimmt. Es ist der Fötus, der entscheidet, wie er in der Schwangerschaft liegt und wie er sich in den Wehen präsentieren wird. Selbst in den Wehen ist der Fötus nicht völlig passiv - weder die Zahnpasta in der Tube noch der Korken in der Champagnerflasche, wie es die alten hydraulischen Theorien über die Mechanik der Wehen verlangen. Ein großer Teil des Verhaltens des Neugeborenen und des Säuglings kann jetzt in utero beobachtet werden, und folgerichtig rückt ein besseres Verständnis des Fötus und seiner Umgebung das Verhalten und die Probleme des Neugeborenen in eine bessere Perspektive. (A.W. Liley, "Der Fötus als Persönlichkeit", Australian and New Zealand Journal of Psychiatry (1972) Vol 6: 99)

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Es besteht eine dynamische, bidirektionale Beziehung zwischen den sich entwickelnden Individuen und dem Umfeld, in dem sie aufwachsen. Das psychosoziale Funktionieren ist in der Tat das Produkt der Handlungen eines Individuums auf seine Umwelt und der Handlungen der Umwelt auf ein Individuum.

Die Forschung hat gezeigt, dass sowohl die Physiologie als auch die elterliche Erziehung einen Einfluss auf die adaptive und maladaptive Entwicklung haben. Diese Wechselwirkung lässt sich häufig an der Herzfrequenz des Fötus ablesen, die nach wie vor einer der wichtigsten Deskriptoren der physiologischen Aktivität des Fötus ist, der systematisch untersucht werden kann.

Es wird seit langem theoretisiert, aber nicht empirisch getestet, dass biologische Rhythmen die Grundlage für soziale Rhythmen bilden.

Sowohl der vagale Tonus des Herzens als auch die Erziehungspraktiken werden mit der Fähigkeit von Kleinkindern in Verbindung gebracht, das Erleben von Emotionen zu regulieren.  Es wird angenommen, dass der vagale Herzton mäßig stabil ist, wobei die individuellen Unterschiede vom Säuglingsalter bis zur frühen Kindheit relativ ähnlich bleiben.  Auch der Erziehungsstil der Eltern ist im Säuglings- und Kleinkindalter relativ stabil. Allerdings ist nur wenig über die Faktoren bekannt, die Veränderungen und Stabilität im Erziehungsstil beeinflussen. Darüber hinaus wurden Faktoren, die mit individuellen Veränderungen des kardialen Vagustonus zusammenhängen, bisher nicht untersucht.

Physiologisch wurde eine pränatale Interaktion zwischen Mutter und Fötus postuliert, und verschiedene Studien bestätigen eine Beziehung zwischen mütterlichem und fetalem Zustand auf der Grundlage der fetalen Herzfrequenz. Diese Studien zeigen Veränderungen der fetalen Herzfrequenz und Herzfrequenzvariabilität (HRV) in Verbindung mit einem veränderten mütterlichen arteriellen Sauerstoffgehalt, mütterlicher Hypothermie und mütterlicher Bewegung. Außerdem wurden Zusammenhänge zwischen der mütterlichen und der fetalen Herzfrequenz untersucht. Es wurde eine positive Korrelation zwischen diesen Raten über Zeiträume von 1 und 24 Stunden festgestellt, und es wurde ein Entrainment des fetalen Herzfrequenzrhythmus an den mütterlichen Tagesrhythmus beobachtet. Die kurzfristige Interaktion zwischen fetaler und mütterlicher Herzfrequenz ist jedoch schwer zu fassen.

Ein kürzlich veröffentlichter Artikel von Van Leeuwen et al. (Van Leeuwen P, et al. (2009) Influence of paced maternal breathing on fetal-maternal heart rate coordination. Proc Natl Acad Sci USA 106:13661-13666) deuten darauf hin, dass das fetale Herzsystem die Fähigkeit besitzt, seine Aktivierungsrate als Reaktion auf externe - d. h. mütterliche - Stimulation anzupassen. Die besondere Aufmerksamkeit der schwangeren Mutter für ihr ungeborenes Kind könnte sich also auch in der fetal-mütterlichen Interaktion der Herzaktivität widerspiegeln.

Unter Verwendung der Mehrkanal-Magnetokardiographie zur gleichzeitigen Aufzeichnung der Magnetfelder, die während jedes mütterlichen und fetalen Herzschlags in Rückenlage erzeugt werden, leiten Van Leeuwen et al. Zeitreihen aufeinander folgender Herzschlagintervalle ab und entdecken Epochen der Synchronisation, in denen die fetalen Herzschläge in denselben momentanen Phasen innerhalb jedes aufeinander folgenden mütterlichen Herzschlagzyklus auftreten - der erste Beweis für eine direkte Kopplung, die durch die mütterliche Herzaktivität vermittelt wird.

Variabilität der Herzfrequenz


Nach den klassischen Konzepten der physiologischen Kontrolle regulieren sich gesunde Systeme selbst, um die Variabilität zu verringern und die physiologische Konstante aufrechtzuerhalten. Im Allgemeinen werden homöostatische Prozesse durch das parasympathische Nervensystem über den Vagusnerv reguliert. Im Gegensatz zu den Vorhersagen der Homöostase schwankt jedoch die Leistung einer Vielzahl von Systemen, wie z. B. der normale menschliche Herzschlag, auf komplexe Weise, selbst unter Ruhebedingungen.

Während man früher glaubte, dass der rhythmische Herzschlag in Ruhe monoton und regelmäßig ist, weiß man heute, dass der Rhythmus eines gesunden Herzens unter Ruhebedingungen tatsächlich überraschend unregelmäßig ist. Die Herzfrequenzvariabilität (HRV), die aus dem Elektrokardiogramm (EKG) abgeleitet wird, ist ein Maß für diese natürlich vorkommenden, von Schlag zu Schlag auftretenden Veränderungen der Herzfrequenz.

 
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 Die HRV wird durch das autonome Nervensystem (ANS) reguliert.  Das autonome Nervensystem hat zwei Zweige: den Sympathikus und den Parasympathikus. Im Allgemeinen fördert der parasympathische Zweig Funktionen, die mit Wachstum und Wiederherstellung verbunden sind. Im Gegensatz dazu fördert der Sympathikus eine erhöhte Energieabgabe, um Herausforderungen von außen zu bewältigen. Wenn es keine Anforderungen aus der Umwelt gibt, bedient das autonome Nervensystem die Bedürfnisse der inneren Organe, um Wachstum und Wiederherstellung zu fördern. Es ist auch bekannt, dass mentale und emotionale Zustände das ANS direkt beeinflussen.

So ist es möglich, die vagale Aktivität durch die Quantifizierung spezifischer rhythmischer Veränderungen der Herzfrequenz zu überwachen.

Fetale Herzfrequenz-Variabilität


Die Veränderungen der fetalen Herzfrequenz (FHR) und der fetalen Herzfrequenzvariabilität (FHRV) sind nicht gut verstanden, insbesondere da das fetale zentrale Nervensystem bei der Geburt noch nicht vollständig ausgebildet ist. Nichtsdestotrotz ist die Interpretation der fetalen Herzfrequenzüberwachung zu einer wichtigen Beurteilung des fetalen Wohlbefindens geworden.

Es wird allgemein angenommen, dass die Variabilität der fetalen Herzfrequenz mit der Trächtigkeit zunimmt, was die pränatale Entwicklung des autonomen Nervensystems widerspiegelt. Die Komplexität der fetalen Herzfrequenz nimmt jedoch während der Schwangerschaft nicht nur zu, sondern es treten auch immer häufiger kurzzeitige Epochen mit hoher Regelmäßigkeit auf.

Es ist auch bekannt, dass die Anzahl der Herzfrequenzbeschleunigungen und -verlangsamungen pro Stunde, die ein Fötus erfährt, mit seiner Gesundheit zusammenhängen kann und auch eine Funktion des Schwangerschaftsalters ist.

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Die zunehmende Komplexität der fetalen HRV-Zeitserien in verschiedenen Schwangerschaftsaltern.

R. Sameni, _Extraction of Fetal Cardiac Signals from an Array of Maternal Abdominal Recordings, Ph.D. dissertation, Sharif University of Technology, Institut National Polytechnique de Grenoble, July 2008. [Online]. Available: https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00373361/document

 

Sonifikation


Ein Kennzeichen physiologischer Systeme ist ihre außerordentliche Komplexität. Die nicht-stationären und nicht-linearen Aspekte der von lebenden Organismen erzeugten Signale widersetzen sich traditionellen mechanistischen Ansätzen, die auf Homöostase und konventionellen biostatistischen Methoden basieren. Die Erkenntnis, dass physiologische Zeitreihen "verborgene Informationen" enthalten, hat ein wachsendes Interesse an der Anwendung neuer Konzepte und Techniken auf ein breites Spektrum biomedizinischer Probleme von der molekularen bis zur organischen Systemebene geweckt. Ein solcher Ansatz zur Untersuchung der Interaktion zwischen teils unabhängigen, teils eng miteinander verbundenen physiologischen Systemen ist die Sonifikation.

Sonifikation ist definiert als die Verwendung von nicht-sprachlichen Audiodaten zur Vermittlung von Informationen. Genauer gesagt ist Sonifikation die Umwandlung von Datenbeziehungen in wahrgenommene Beziehungen in einem akustischen Signal zum Zwecke der Erleichterung der Kommunikation oder Interpretation. Die Sonifikation ist von Natur aus interdisziplinär und integriert Konzepte aus der menschlichen Wahrnehmung, der Akustik, dem Design, der Kunst und der Technik. Die Entwicklung effektiver auditiver Darstellungen von Daten erfordert daher eine interdisziplinäre Zusammenarbeit, bei der das kombinierte Wissen und die Bemühungen von Psychologen, Informatikern, Ingenieuren, Physikern, Komponisten und Musikern sowie das Fachwissen von Spezialisten in den jeweiligen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen

 

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Die auditive Wahrnehmung eignet sich für die Darstellung von Daten in einer Vielzahl von Situationen und reagiert besonders empfindlich auf zeitliche Merkmale oder Veränderungen von Klängen im Laufe der Zeit. Das menschliche Gehör ist sehr gut in der Lage, zwischen periodischen und aperiodischen Ereignissen zu unterscheiden und kleine Änderungen in der Frequenz von kontinuierlichen Signalen zu erkennen. Dies weist auf einen deutlichen Vorteil auditiver gegenüber visuellen Anzeigen hin. Schnell wechselnde oder flüchtige Daten, die bei visuellen Anzeigen verschwimmen oder völlig übersehen werden, können selbst bei einer primitiven, aber gut gestalteten auditiven Anzeige leicht erkannt werden.

Daher ist die Sonifikation nützlich, um komplexe zeitliche Daten, mehrere auditive Datensätze und Daten, die in andere, eher statische Signale eingebettet sind, zu verstehen oder zu überwachen.

Sonifikation der mütterlichen und fetalen Herzfrequenz


In den Beispielen der Herzfrequenz-Sonifikation auf dieser Website wurde die momentane Herzfrequenz bei jedem neuen Herzschlag berechnet und mit einem Notenwert versehen, je nachdem, ob die Frequenz steigt oder fällt. Dementsprechend erzeugen höhere Herzfrequenzen höhere Noten, niedrigere Frequenzen niedrigere Noten. Diese Noten werden auch sofort bei jedem neuen Herzschlag ausgelöst, so dass die zeitlichen Aspekte der Herzfrequenzvariabilität erhalten bleiben.  Längere oder kürzere Intervalle zwischen den Herzschlägen führen zu längeren bzw. kürzeren Noten. Außerdem ändert sich die Tonhöhe nur, wenn sich die Herzfrequenz ändert, so dass eine über zwei oder mehr Schläge konstante Herzfrequenz eine Note erzeugt, die so lange gehalten wird, bis sich die Herzfrequenz ändert.

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Durch den Import von virtuellen Klang- oder Instrumentenbibliotheken können die Notenwerte einzelnen Instrumentenaufnahmen zugewiesen werden, die dann entsprechend der Tonhöhe und Dauer moduliert werden.

Von der fetalen und mütterlichen Herzfrequenzvariabilität:

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Anfang 2008 wurden die fetalen und mütterlichen Herzfrequenzen gleichzeitig in Echtzeit aufgezeichnet, aber die Daten wurden erst später in Musik umgewandelt. Der Grund dafür war, dass die zuvor entwickelte Technologie keine Echtzeitumwandlung in Musik erlaubte. Dadurch gingen einige der zeitlichen Beziehungen zwischen den mütterlichen und fetalen Herzschlägen verloren.

Im folgenden Beispiel wird der mütterliche Herzschlag, etwa 70 bpm, als Cello und dann zusätzlich als Klavier vertont. Die Herzfrequenz des Fötus, etwa 140 bpm, wird als Flöte wiedergegeben. Um den Effekt und die Klarheit zu erhöhen, werden die Instrumente versetzt eingesetzt.

Nicht-Echtzeit-Sonifikation der fetalen und mütterlichen HRV:




Wir haben nun ein einzigartiges Gerät entwickelt, das die nicht-invasive Erfassung der fetalen und mütterlichen Herzfrequenz und deren sofortige Sonifizierung (Umwandlung in Musik) ermöglicht. Auf diese Weise bleibt das genaue zeitliche Verhältnis der mütterlichen und fetalen Herzschläge ungestört, wie es aufgezeichnet wurde. Das, was wir hören, wurde auf keine andere Weise manipuliert als wie oben beschrieben.  Nachfolgend hören Sie eines der ersten Ergebnisse, aufgenommen im September 2011.

Echtzeit-Sonifikation der fetalen und mütterlichen HRV:


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