Dimensionaalisuus, kohinaerottelu ja täyden taajuuskaistan näkökulmat itsenäisten komponenttien analyysiin lepotilan fMRI:ssä

Väitöksessä tutkittiin aivojen niin kutsuttuja lepotilaverkostoja, jotka ovat toiminnallisesta magneettikuvauksesta havaittavia ajallisesti kytkeytyneitä signaalivaihteluja eri osissa aivoja. Mitattavan signaalin toiminnallinen kontrasti muodostuu aivoverenkierron paikallisesti vaihtelevasta hapekkuudesta ja siitä voidaan erottaa toistuvia laaja-alaisia verkostoja ihmisen ollessa lepotilassakin. Lepotilaverkostojen luonne ja merkitys on ollut avoin, ja toisaalta niiden on väitetty syntyvän mittausvirheiden tai puutteellisen signaalianalyysin seurauksena. Väitöstutkimuksessa aineistolähtöisellä menetelmällä verkostojen havaittiin kuitenkin toistuvan hyvin samankaltaisena kattavan virhelähteiden eliminoimisen jälkeenkin. Väitöskirjan tulokset tukevat lepotilaverkostojen neurofysiologista merkityksellisyyttä ja niiden käyttökelpoisuutta monialaiseen soveltavaan aivotutkimukseen.

Ihmisen lepotilassa erityisen aktiivinen lepotilaverkosto on ns. oletustilan verkosto, jonka aktivoituminen liittyy sisäiseen ajatusmaailmaan suuntautumiseen. Aiemmin tätä verkostoa on käsitelty paljolti yhtenä kokonaisuutena, mutta väitöstutkimuksessa oletustilaverkostosta löydettiin useampia selviä osaverkostoja, jotka heijastelevat toisistaan eriäviä aivotoimintoja. Väitöstutkimuksessa analyysimenetelmänä käytettiin aineistolähtöistä itsenäisten komponenttien analyysia, jonka näytettiin tutkimuksissa pystyvän totuttua hienojakoisempaan lepotilaverkostojen erotteluun. Yksityiskohtaisempi verkostojen erottelu mahdollistaa tarkemmat tutkimussovellukset, kuten tässä väitötyössä tehtiin autismin kirjon oireyhtymän tutkimuksessa. Oletustilan verkoston toiminnallinen kytkennällisyys aivon otsalohkon ja päälakilohkon välillä havaittiin pienentyneeksi autismin kirjon tutkituilla. Ennen tätä tutkimustulosta autismin kirjossa tehtyjen samankaltaisten löydösten epäiltiin aiheutuneen tutkittavien mahdollisesta levottomasta liikkumisesta magneettikuvauksen aikana, mutta tämä tekijä suljettiin väitöskirjatutkimuksessa pois.

Lisäksi lepotilakuvauksen konseptia yhdistettynä aineistolähtöiseen analyysiin sovellettiin tutkimuskysymykseen aivojen sisäsyntyisestä valovasteellisuudesta näköjärjestelmän ulkopuolella. Tutkimuskysymyksen lisäksi poikkeavaa oli kohdistaa aineistolähtöinen analyysi koko mitattuun dataan ilman hitaiden signaalimuutosten suodatusta. Laadittu eksploratiivinen analyysi mahdollisti korvakäytävän kohdalta annetun kirkasvalostimulaation aikaisten hitaiden signaalimuutosten havaitsemisen. Lepotilaverkostojen analyysissa havaittiin valostimulaatiota saavien tutkittavien ryhmässä kohoavaa toiminnallista kytkennällisyyttä erityisesti assosiatiivisen näköaivokuoren verkostossa. Tulokset tulkittiin mahdollisiksi sekundäärisiksi vasteiksi aivon opsiiniproteiinien primääristä valoreaktioista.