Data-driven Analysis for Natural Studies in Functional Brain Imaging

Julkaisun otsikon käännös: Aineistolähtöinen analysointi luonnollisille koeasetelmille toiminnallisessa aivokuvantamisessa

Jarkko Ylipaavalniemi

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Toiminnallisesta magneettiresonassikuvantamisesta (fMRI) on tullut tehokas työkalu neu- rotieteessä ihmisaivojen toiminnan kartoittamiseen. Yleensä fMRI-menetelmän yhteydessä käytetään melko yksinkertaista ärsykkeiden sarjaa, jolla pyritään hyvään signaali-kohinasuh- teeseen tilastollista hypoteesitestausta varten. Kun siirrytään kohti luonnollisia ärsykkeitä, tällaiset yksinkertaiset koeasetelmat eivät ole enää päteviä. Tämän väitöstyön tavoite on ollut kehittää uusia aineistolähtöisiä menetelmiä luonnollisten ärsykkeiden aiheuttamien aivovas- teiden luotettavaan tunnistamiseen. Aina 1800-luvun alusta lähtien neurotieteessä on vallinnut käsitys siitä, että erilliset aivoalu- eet vastaavat tiettyjä neuropsykologisia toimintoja. Moderni tutkimus on kuitenkin osoittanut, että monet toiminnot perustuvat hajautettuihin aivoalueiden verkostoihin ja kukin aivoalue voi toimia osana useampaa verkostoa. Puhtaasti hypoteesitestaukseen perustuvat menetelmät ovat olleet hyvin suosittuja aivokuvantamisen yhteydessä. Kun tutkimus keskittyy yhä enem- män toiminnallisen erikoistumisen sijaan vuorovaikutuksiin perustuviin verkostoihin, tällaisia menetelmiä ei voida enää käyttää. Niiden sijaan modernit koneoppimismenetelmät mahdollis- tavat puhtaasti aineistolähtöisen tavan mittausten selittämiseen. Nämä menetelmät eivät tar- vitse tietoa ärsykkeistä eivätkä tee oletuksia siitä ovatko mittaustulokset ärsykkeistä riippu- vaisia. Mittausten oletetaan muodostuvan usean aktivaation sekoituksista, jotka voivat sisältää monia sijainniltaan hajautettuja prosesseja, sekä mittausvirheitä. Jokainen prosessi voidaan selittää komponenttina, jolla on muista eriävä aikasarja ja sijaintikartta. Väitöskirjan pääasiallinen tulos on luotettava riippumattomien komponenttien menetelmä (ICA), joka on vapaasti saatavilla Arabica-ohjelmistossa. Uuden menetelmän toimivuutta on testattu usealla fMRI-aineistolla ja osoitettu, että menetelmä kykenee selittämään mittaukset uudella tavalla ja tuottamaan tietoa aineistosta, joka ei muuten olisi mahdollista. Menetelmän toimivuus on todistettu myös teoreettisen tilastotieteen keinoin, joka tarjoaa myös kattavat perusteet menetelmän käytännön hyödyntämiseen. Menetelmää myös jatkokehitettiin hajau- tettujen verkostojen analysointiin sopivaksi yhdistämällä se kanonisen korrelaatioanalyysin (CCA) kanssa. Tämän laajennuksen osoitettiin soveltuvan luonnollisia ärsykkeitä käyttävien fMRI-aineistojen analysointiin. Lopuksi menetelmää parannettiin myös sellaisia tilanteita var- ten, joissa havaitaan riippumattomia aliavaruuksia. Näin tapahtuu usein käytännössä, sillä aineiston ei voida taata täyttävän kaikkia menetelmissä tehtyjä oletuksia.
    Julkaisun otsikon käännösAineistolähtöinen analysointi luonnollisille koeasetelmille toiminnallisessa aivokuvantamisessa
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Oja, Erkki, Vastuuprofessori
    • Vigário, Ricardo, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-5136-9
    Sähköinen ISBN978-952-60-5137-6
    TilaJulkaistu - 2013
    OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

    Tutkimusalat

    • aliavaruudet
    • toiminnallinen magneettiresonanssikuvantaminen
    • funktionaaliset verkostot
    • funktionaaliset yksiköt
    • kanoninen korrelaatioanalyysi
    • luonnolliset ärsykkeet
    • luotettavuus
    • riippumattomien komponenttien menetelmä

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Aineistolähtöinen analysointi luonnollisille koeasetelmille toiminnallisessa aivokuvantamisessa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä