Challenges in magnetoencephalographic studies of naturalistic reading and speech

Tieto lukemisen ja puheen taustalla olevasta aivotoiminnasta pohjautuu pitkälti tutkimuksiin, joissa näitä toimintoja on tehty huomattavan yksinkertaistettuina ja kontrolloidusti. Jokapäiväisessä elämässä lukeminen ja puhe ovat kuitenkin erittäin monimutkaisia tehtäviä. Siksi mahdollisimman todenmukaisen kuvan saaminen lukemisen ja puheen aivotoiminnoista vaatii koeasetelmia, joissa lukeminen ja puhe on mahdollisimman luonnonmukaista. Luettujen tekstien tai puhuttujen lausumien ei myöskään tulisi olla liian lyhyitä. Luonnonmukaisten kieliparadigmojen käyttö erityisesti magnetoenkefalografian kanssa asettaa kuitenkin haasteita, merkittävimpinä lukemisesta ja puhumisesta aiheutuvat signaalihäiriöt. Lisäksi aivotoiminnallisten vaikutusten määrittäminen jatkuvasta datasta vaatii uudenlaisia, esimerkiksi aivokuoren rytmiseen toimintaan perustuvia mittareita. Tämän väitöskirjan tutkimuksissa etsittiin tapoja tutkia magnetoenkefalografialla luonnonmukaisen lukemisen ja puheen aivotoiminnallista perustaa. Tutkimuksessa I vertailtiin kahden menetelmäketjun soveltuvuutta lukemisesta aiheutuvien signaalihäiriöiden poistamiseen. Erityisenä tutkimuksen kohteena oli ketjujen vaikutus aivokuoren rytmiseen toimintaan. Tutkimuksessa sopivammaksi valittua menetelmäketjua käytettiin signaalihäiriöiden poistoon Tutkimuksissa II ja III. Tutkimuksessa II tarkasteltiin monisivuisten tekstien luonnonmukaiseen lukemiseen liittyvän rytmisen aivotoiminnan voimakkuutta sekä paikka- ja taajuusjakaumaa. Aiemmista tuloksista poiketen Tutkimus II havaitsi oikealla aivopuoliskolla vasenta runsaampaa aktiviteettia useilla taajuuskaistoilla. Tutkimus III eteni luonnonmukaisen lukemisen aivoperustan tarkastelussa aivokuoren toiminnalliseen kytkeytyvyyteen. Tutkimus osoitti luonnonmukaisen lukemisen pohjautuvan laajalle, erityisesti beta- ja gamma-taajuuskaistoilla toimivien yhteyksien joukolle. Tutkimus IV selvitti luonnonmukaisen puheen tuoton ja havaitsemisen aivotoiminnallisia mekanismeja tarkastelemalla, miten eräiden puheen avainpiirteiden vaihtelu vaikutti aivoaktiviteetin paikka- ja taajuusjakaumaan. Tutkimuksessa havaittiin, että eri piirteet vaikuttivat eri tavoin, mutta että vaikutukset olivat osittain yhteneväisiä puheen tuoton ja havaitsemisen osalta, erityisesti oikeassa aivopuoliskossa, viitaten samankaltaiseen aivotoiminnalliseen perustaan. Puhumisesta aiheutuneiden signaalihäiriöiden poistolla oli merkittävä rooli tutkimuksessa. Tutkimusten tulokset osoittivat, että vaikka perinteiset näkemykset lukemisen ja puheen aivoperustasta pätevät myös pidempiä tekstejä ja lausumia käsiteltäessä, lyhyistä ärsykkeistä pidempiin siirtyminen vaikuttaisi myös muuttavan näihin tehtäviin liittyvää aivotoimintaa. Erityisen kiinnostavia ovat tuloksissamme säännönmukaisesti havaitut runsaat oikean aivopuoliskon vaikutukset, jotka eivät mukaile vakiintunutta näkemystä lukemisesta ja puheesta vahvasti vasemmalle aivopuoliskolle keskittyneinä toimintoina.