fMRI-datan koherenssianalyysin kehittäminen semanttisen virittämisen koeasetelmaan
Seppälä, Kerttu Aune Aurora (2015)
2015
Sähkötekniikan koulutusohjelma
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2015-12-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201511251792
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201511251792
Tiivistelmä
Toiminnallinen magneettikuvaus (fMRI) kartoittaa ihmisaivojen eri kognitiivisiin toi-mintoihin käyttäviä alueita. Analysoidun datan perusteella päätellään aivoista tehtävään osallistuva alue, jota verrataan jo aiemmin tunnistettuihin alueisiin, Broadmanin alueet lienevät tunnetuimmat. Aivoalueita tunnetaan jo kattavasti.
Tehtäviin osallistuvien aivoalueiden välistä vuorovaikutusta ei kuitenkaan tunneta yhtä hyvin. Kaksi tehtävän aktivoimaa aluetta saattaa olla yhteydessä toisiinsa joko suoraan tai kolmannen, ehkä useammankin aivoalueen välityksellä. Tutkimusmenetelmäkään yhteyksien analysoimiseksi ei ole vakiintunut. Otaniemen Aivotutkimusyksikössä O.V. Lounasmaa -laboratoriossa kehitetään erästä koherenssiin perustuvaa yhteysanalyysi-menetelmää, jonka käyttämisen tietotaito katosi kehittäjän lähdettyä laboratoriosta.
Tämän työn tarkoituksena on tuoda koherenssiin perustuvan yhteysanalyysimenetelmän tietotaito laboratorion käyttöön uudelleen. Matlabilla koodatut yhteysanalyysimenetel-män koodit etsitään ja niiden käyttö opetellaan uudelleen. Koodit järjestetään loogiseksi kokonaisuudeksi, kommentoidaan yksityiskohtaisesti ja sisältö muokataan helppokäyt-töiseksi. Jatkokehityksenä koherenssianalyysimenetelmää kehitetään neljällä lisäyksellä ja optimoinnilla, jotka vähentävät mitatun datan häiriötä merkittävästi, helpottavat pa-rametrien arvojen määrittämistä ja vähentävät noin 80 %:a ketjun läpilaskuaikaa. Lisäksi tämä työ kirjoitetaan hyvin yksityiskohtaisesti ketjun dokumentoinniksi.
Kehitystyötä ja kehitetyllä menetelmällä analysointia varten laboratoriosta annetaan analysoimatta jäänyt semanttista virittämistä tutkiva fMRI-data. Semanttinen virittämi-nen on ilmiö, joka syntyy aivojen käsitellessä merkityksellisesti eli semanttisesti toisiinsa liittyviä sanoja: semanttisesti toisiinsa liittyvien sanojen prosessointi on liittymättömiä sanoja nopeampaa. Klassisesti semanttista virittymistä tutkitaan sana- tai kuvaparien avulla, mutta tässä kokeessa koehenkilöt lukevat neljän sanan semanttisesti toisiinsa liittyviä ja liittymättömiä substantiivisanalistoja.
Data esikäsitellään ja aktivaatioanalyysillä osoitetaan soveltuvuus yhteysanalyysiä var-ten. Yhteydet lasketaan sekä koko pään kattavasti noin 1800 solmupisteen välillä että 77 AAL-parsellaatiota (Automated Anatomical Labeling) vastaavien alueiden välillä. Tu-lokset osoittavat koko aivojen, myös oikean aivopuoliskon, osallistuvan kielellisen in-formaation käsittelemiseen.
Tehtäviin osallistuvien aivoalueiden välistä vuorovaikutusta ei kuitenkaan tunneta yhtä hyvin. Kaksi tehtävän aktivoimaa aluetta saattaa olla yhteydessä toisiinsa joko suoraan tai kolmannen, ehkä useammankin aivoalueen välityksellä. Tutkimusmenetelmäkään yhteyksien analysoimiseksi ei ole vakiintunut. Otaniemen Aivotutkimusyksikössä O.V. Lounasmaa -laboratoriossa kehitetään erästä koherenssiin perustuvaa yhteysanalyysi-menetelmää, jonka käyttämisen tietotaito katosi kehittäjän lähdettyä laboratoriosta.
Tämän työn tarkoituksena on tuoda koherenssiin perustuvan yhteysanalyysimenetelmän tietotaito laboratorion käyttöön uudelleen. Matlabilla koodatut yhteysanalyysimenetel-män koodit etsitään ja niiden käyttö opetellaan uudelleen. Koodit järjestetään loogiseksi kokonaisuudeksi, kommentoidaan yksityiskohtaisesti ja sisältö muokataan helppokäyt-töiseksi. Jatkokehityksenä koherenssianalyysimenetelmää kehitetään neljällä lisäyksellä ja optimoinnilla, jotka vähentävät mitatun datan häiriötä merkittävästi, helpottavat pa-rametrien arvojen määrittämistä ja vähentävät noin 80 %:a ketjun läpilaskuaikaa. Lisäksi tämä työ kirjoitetaan hyvin yksityiskohtaisesti ketjun dokumentoinniksi.
Kehitystyötä ja kehitetyllä menetelmällä analysointia varten laboratoriosta annetaan analysoimatta jäänyt semanttista virittämistä tutkiva fMRI-data. Semanttinen virittämi-nen on ilmiö, joka syntyy aivojen käsitellessä merkityksellisesti eli semanttisesti toisiinsa liittyviä sanoja: semanttisesti toisiinsa liittyvien sanojen prosessointi on liittymättömiä sanoja nopeampaa. Klassisesti semanttista virittymistä tutkitaan sana- tai kuvaparien avulla, mutta tässä kokeessa koehenkilöt lukevat neljän sanan semanttisesti toisiinsa liittyviä ja liittymättömiä substantiivisanalistoja.
Data esikäsitellään ja aktivaatioanalyysillä osoitetaan soveltuvuus yhteysanalyysiä var-ten. Yhteydet lasketaan sekä koko pään kattavasti noin 1800 solmupisteen välillä että 77 AAL-parsellaatiota (Automated Anatomical Labeling) vastaavien alueiden välillä. Tu-lokset osoittavat koko aivojen, myös oikean aivopuoliskon, osallistuvan kielellisen in-formaation käsittelemiseen.