Locating functional brain areas with magnetic stimulation and electrophysiological neuroimaging

Tutkimustuotos

Tutkijat

Organisaatiot

Kuvaus

Toiminnallisen aivokuvantamisen perimmäinen tarkoitus on auttaa meitä ymmärtämään miten aivot toimivat. Aivojen aktivaatiosta syntyneitä signaaleja voidaan mitata, tai aivotoimintaan voidaan vaikuttaa päänulkoisella stimulaatiolla. Nämä menetelmät eivät kuitenkaan vastaa suoraan siihen miten aivot toimivat; sen sijaan, ne tarjoavat arvokasta tietoa siitä, missä ja milloin aivot aktivoituvat kun suoritamme erilaisia tehtäviä, kuten tuotamme puhetta. Tämän tiedon perusteella voimme ymmärtää paremmin käyttäytymistämme ja sen taustalla olevia aivomekanismeja. Tässä väitöskirjatyössä kehitettiin mittaus- ja analyysimenetelmiä navigoidun magneettistimulaation sekä aivojen sähkö- ja magneettikäyrän (EEG, MEG) käyttöön ja tulkintaan. Menetelmien avulla voidaan selvittää missä päin aivoja kiinnostavat prosessit tapahtuvat. Navigoidulla transkraniaalisella magneettistimulaatiolla (nTMS) voidaan vaikuttaa aivojen toimintaan ei-invasiivisesti. Navigoinnin ansiosta stimulaatio voidaan kohdistaa anatomisen tarkasti haluttuun kohtaan aivoissa, jolloin stimuloidun alueen ja mitatun vasteen, kuten käden liikkeen tai puhehäiriöiden, välille saadaan syy–seuraussuhde. EEG ja MEG mittaavat aivotoiminnan tuottamia sähkö- ja magneettikenttiä suoraan aivoista pään pinnalle tai sen läheisyyteen sijoitetuilla antureilla. Väitöskirjassa esitellään nTMS-pohjainen aivokuoren puhealueiden paikannusmenetelmä. Kun nTMS kohdennetaan puheentuottoa prosessoivalle aivoalueelle koehenkilön suorittaessa kuvannimeämistehtävää, voidaan saada aikaan nimeämisvirheitä. Tällä nTMS-puhekartoitusmenetelmällä saatua tietoa aivojen puhealueiden sijainneista voidaan käyttää paitsi perustutkimuksessa, niin myös suunniteltaessa aivoleikkausta, jossa kirurgin tulee tietää mitä alueita pitää varjella operaation aikana. Osoitimme jatkotutkimuksissa, että nimeämistehtävän ominaisuudet, kuten suorituskieli, vaikuttavat aivojen nTMS-vasteeseen. Väitöstyössä kehitettiin myös parempia lähdepaikannusmenetelmiä EEG:n ja MEG:n tulkintaan. Kehitetyt menetelmät kuuluvat multiple signal classification -luokkaan (MUSIC), ja niitä verrattiin muihin paikannusalgoritmeihin simulaatioiden ja mittausdatan avulla. Kaksi erilaista lähdepaikannusmenetelmää kehitettiin ratkaisemaan kaksi aiemmissa menetelmissä havaittua ongelmaa. Perinteinen rekursiivinen MUSIC on tehokas löytämään ajassa heikosti tai ei ollenkaan korreloituneita lähteitä, mutta menetelmä ei arvioi luotettavasti lähteiden lukumäärää; väitöstyössä kehitetty TRAP-MUSIC-menetelmä korjaa tämän ongelman. Voimakkaasti korreloituneiden aivolähteiden paikannukseen perinteiset menetelmät tai TRAP-MUSIC eivät sovellu. Tällaisten lähteiden etsintään kehitimme RDS-MUSIC-menetelmän. Tässä väitöskirjassa esitetyt menetelmät tarjoavat uusia keinoja tutkia missä ihmisten käytöksen ja toiminnan taustalla olevat aivotoiminnot, kuten kielen prosessointi, tapahtuvat.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-7897-7
Sähköinen ISBN978-952-60-7898-4
TilaJulkaistu - 2018
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • TMS, MEG, EEG, kieli, lähdepaikannus, käänteisongelma

ID: 30202317