Dynamic imaging of coherent sources: Development of a method and software

Abstract

Uusia analyysimenetelmiä tarvitaan synkronisen aktiivisuuden tutkimiseksi aivoissa. Magnetoenkefalografiassa (MEG) ja elektroenkefalografiassa eri sensoreilla ja elektrodeilla mitattujen signaalien välillä on havaittu tehtäväsidonnaisia vuorovaikutuksia kognitiivisissa ja motorisissa tehtävissä. MEG:n ja EEG:n aikaresoluutio on riittävän hyvä neuronaalisten liityntöjen luonnehtimiseksi, toisin kuin esim. fMRI:ssa.

Tässä työssä tarkoitus oli kehittää dynaaminen koherenssinkuvantamismenetelmä (DICS), joka mahdollistaa kortiko-kortikaalisten ja kortiko-lihas vuorovaikutusten tutkimisen arvioimalla tehoa ja koherenssia aivoissa. DICS:n perusajatus on käyttää avaruudellista suodinta, joka datan lineaarikombinaatioiden avulla optimoi halutun ominaisuuden, erityisesti koherenssin, näennäisillä kanavilla eli sijainneissa aivoissa.

Projektissa saimme luotua toimivan ohjelmistopaketin, jota voidaan käyttää MEG datan analysointiin sekä kortiko-kortikaalisten että kortiko-lihas koherenssien havaitsemiseksi. Ohjelmisto mahdollistaa myös tulosten havainnoillisen visualisoinnin yhdistämällä funktionaalisen ja anatomisen tiedon yhdeksi esitykseksi.

Tehdyt simulaatiot osoittivat, että DICS:lla pystytään erottamaan koherenttia aktiivisuutta tapauksissa, joissa aktiivisuus on heikkoa tai joissa lähdealueet ovat lähellä toisiaan. Menetelmä on myös tarkka sekä koherenttien alueiden paikantamisessa että koherenssiarvojen laskemisessa. Oikean mitta-aineiston analysoinnissa pystyimme käyttämään menetelmää koherenttien aktiivisten alueiden havaitsemiseen tilanteissa, missä se ei aiemmin ole onnistunut.

Menetelmän kehitys jatkuu olemassaolevien työvälineiden ja lähestymistapojen kehityksellä, mutta myös uusia asioita ollaan liittämässä ohjelmistopakettiin. Erityisesti vaihelukittuvuusanalyysiä ollaan kehittämässä, jotta DICS:ta saataisiin täydellinen aika-avaruudellinen työväline vuorovaikutusten kuvantamiseksi aivoissa.