Ihmisaivojen aktiivisuuden paikannus, eli neuroelektromagneettinen lähde-estimointi, on matemaattisessa mielessä inversio-ongelma. Siinä on käytössä rajallinen määrä pään ulkopuolelta mitattua elektromagneettista dataa ja valtavan paljon suurempi määrä neuronipopulaatioita ja niiden yhteisvaikutuksia, jotka voivat tuottaa samannäköisiä mittauskäyriä. Jotta mahdolliset sähkömagneettiset lähdekonfiguraatiot voitaisiin rajoittaa vain yhteen, tarvitaan lisäoletuksia aktiivisuuden luonteesta.
Väitöstutkimuksessaan Lahtinen keskittyi paikallistamaan fokaalista aivotoimintaa, joka rajoittuu hyvin pienelle alueelle. Tällaisia paikallisia toimintoja ovat esimerkiksi fokaalisen epilepsian aktiivisuuskeskittymä ja keskihermon stimulaatiosignaali. Jälkimmäisestä tiedetään, että aktiivisuus alkaa aivojen syvistä rakenteista - aivorungosta ja talamuksesta - siirtyen sen jälkeen primääriseen somatosensoriseen aivokuoreen.
– Somatosensorisen aktiivisuuden on jo 1980-luvun tutkimuksissa todettu rajautuvan pienelle alueelle, mutta yllättävän vähän on yritetty kehittää menetelmää, jolla voitaisiin arvioida lähdettä nimenomaan fokaalisen aktiivisuuden osalta, Lahtinen toteaa.
Fokaalinen epilepsia voidaan paikantaa kliinisen tarkasti standardisaatiotekniikan avulla
Kiinnostus lähde-estimointiin kliinisen työn tukena on lisääntynyt viime vuosina, mutta myös tuonut uusia haasteita. Esimerkiksi useissa patologisissa tapauksissa tieto aivojen syvissä osissa tapahtuvasta aivotoiminnasta olisi erityisen tärkeää.
Aiemmissa tutkimuksissa menetelmä nimeltään standardisoitu matalan resoluutioin aivojen elektromagneettinen tomografia on osoittautunut tarkaksi, myös syvien aktiivisuuksien paikantamisessa. Se ei kuitenkaan ole kovin luotettava: toimiessaan menetelmä on loistava, mutta erehtyessään se ei vastaa lähestulkoonkaan todellisuutta.
Lahtinen uskoo, että virheitä voitaisiin välttää, jos tietäisimme enemmän tilanteista, joissa niitä voi tapahtua. Artikkelissaan hän esitteli ensimmäistä kertaa syyt menetelmän tarkkuudelle ja olosuhteita, joissa se voi epäonnistua.
– Standardisointitekniikan ymmärtäminen uudella tavalla avasi ovet kahdelle uudelle samaiseen tekniikkaan perustuvalle menetelmälle, hän kertoo.
Lahtisen esittelemistä standardisoiduista menetelmistä toinen on räätälöity fokaaliseen estimointiin ja toisen on tarkoitus arvioida, miten aivojen aktiivisuus muuttuu ajassa mittausten aikana. Menetelmät on suunniteltu kliiniseen käyttöön, jossa vaaditaan mittauskohinan sietokykyä ja erinomaista paikannustarkkuutta sekä aivojen pinta- että syväkerroksissa.
Väitöstilaisuus perjantaina 7. maaliskuuta
Diplomi-insinööri Joonas Lahtisen matematiikan alaan kuuluva väitöskirja Mathematical Methods for the Neuroelectromagnetic Inverse Problem for Focal and Unbiased Brain Imaging tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa (ENS) perjantaina 07.03.2024 kello 12 Hervannan kampuksella Tietotalon auditoriossa TB109 (Korkeakoulunkatu 1, Tampere).
Vastaväittäjänä toimii professori Matti Hämäläinen Aalto-yliopistosta. Kustoksena toimii professori Sampsa Pursiainen Tampereen yliopistosta informaatiotieteiden ja viestinnän tiedekunnasta.
Seuraa väitöstilaisuutta etäyhteydellä.