Aivotoiminnan mittaaminen magnetoenkefalografialla

Samankaltaiset tiedostot
Magnetoenkefalografia: Laitteisto ja tutkimukset

800 Hz Hz Hz

IMPEDANSSITOMOGRAFIA AIVOVERENVUODON DIAGNOSOINNISSA - TARVE UUDELLE TEKNOLOGIALLE

Mitä voidaan tutkia. Aivojen kuvantamisemenetelmistä. Aivojen kuvantamismenetelmät. Aivojen kuvantamismenetelmät eroavat toisistaan

Aistit. Kaisa Tiippana Havaintopsykologian yliopistonlehtori. Luento Aistit ja kommunikaatio-kurssilla 12.9.

Mitä aivokuvantaminen kertoo kielen kehityksen ja lukemisen erityisvaikeuksista?

Toiminnallinen magneettiresonanssikuvaus (Teemu Rinne, Juha Salmi, Alexander Degerman ja Kimmo Alho)

Mitä aivokuvista näkee?

KONEOPPIMINEN JA AIVOTUTKIMUS

Aivojen toiminnalliset muutokset CRPS:ssa. Etiologia ja patofysiologia. Vääristynyt kehonkaava 4/18/2013. Complex regional pain syndrome (CRPS)

BIOSÄHKÖISET MITTAUKSET

HOIDA AIVOJASI. Minna Huotilainen. Helsingin yliopisto. Kasvatustieteen professori. 14/03/2019 1

64 kanavainen EEG ja herätevasteet Kirsi Palmu, erikoistuva fyysikko HUSLAB, KNF

Uusia neurofysiologisia menetelmiä

NBE-E4510 Special Assignment in Biophysics and Biomedical Engineering AND NBE-E4500 Special Assignment in Human. NBE-E4225 Cognitive Neuroscience

Taustaa. Tutkimuksesta tuotteeksi. Projektin varhaisvaiheet Kohteena liikeaivokuori. Karhu. Ruohonen. Kela.

BAEP. Brainstem Auditory Evoked Potential Akustinen aivorunkoherätevaste

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

CQRS, -ES, PACS, DICOM, WTF?

Toisiinsa kytkeytyneet hermosolut muodostavat hermoston

Hyvinvointia työstä. Virpi Kalakoski. Työterveyslaitos

Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely)

BioMag-laboratorion toiminta- ja turvallisuusohjeet tutkijoille

Viimeisen vuosikymmenen aikana on tullut

NEGLECT-POTILAAN POLKU KUNTOUTTAVAAN ARKEEN

Mia Illman. Liikeaivokuoren rytmisen toiminnan voimakkuuden ja taajuuden periytyvyys: MEG-tutkimus

Kuulohavainnon perusteet

Ihminen havaitsijana: Luento 6. Jukka Häkkinen ME-C2600

Pinces AC-virtapihti ampèremetriques pour courant AC

Neuropeptidit, opiaatit ja niihin liittyvät mekanismit. Pertti Panula Biolääketieteen laitos 2013

2. Tiedonkäsittelyn tutkimus

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Satelliittipaikannus

Nestepisaran höyrystymistutkimus I vaihe

Luku 27. Tavoiteet Määrittää magneettikentän aiheuttama voima o varattuun hiukkaseen o virtajohtimeen o virtasilmukkaan

Dynamiikan hallinta Lähde: Zölzer. Digital audio signal processing. Wiley & Sons, Zölzer (ed.) DAFX Digital Audio Effects. Wiley & Sons, 2002.

Musiikista ja äänestä yleisesti. Mitä tiedetään vaikutuksista. Mitä voi itse tehdä

Moniaistisuus. Moniaistinen havaitseminen. Mitä hyötyä on moniaistisuudesta? Puheen havaitseminen. Auditorisen signaalin ymmärrettävyyden vaikutukset

VÄESTÖN JA ASIAKASRYHMIEN PALVELUJEN KÄYTÖN TARKASTELU REKISTERIAINEISTOJEN AVULLA

kasvatustieteen professori Aivotutkimus suosii varhaista kaksikielistä opetusta Minna Huotilainen

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Versio 2 Teknillisen fysiikan ja matematiikan koulutusohjelma tbh

Koiraihmiset ja ihmisten koirat eroja ja yhtäläisyyksiä

Customer Intelligence ja Big Data. Digile D2I Kimmo Valtonen

Suprajohteet. 19. syyskuuta Syventävien opintojen seminaari Suprajohteet. Juho Arjoranta

Suomen Fysiologiyhdistys ry Jäsenkirje 2 / 2003

Menetelmäohjeet. Muuttuvan magneettikentän tutkiminen

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 MAGNEETTIKENTTÄTYÖ

MoveSole StepLab. Mobiili liikkumisen mittausjärjestelmä

PYP I / TEEMA 4 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

Matterport vai GeoSLAM? Juliane Jokinen ja Sakari Mäenpää

Magneettikenttä. Magneettikenttä on magneettisen vuorovaikutuksen vaikutusalue. Kenttäviivat: Kenttäviivojen tiheys kuvaa magneettikentän voimakkuutta

Lapsi ja trauma Kriisikeskus Osviitan koulutusilta Kirsi Peltonen, PsT., Dos Tampereen yliopisto

Luku 2. Datasta tietoon: mitä dataa? mitä tietoa?

Pelihimon neurobiologiaa. Petri Hyytiä, FT, dosentti Biolääketieteen laitos, farmakologia Helsingin yliopisto

Kahdet aivot ja psyykkinen trauma

Langattoman verkon spektrianalyysi

Sosiaalinen vuorovaikutus arjessa ja aivoissa

ti Tfy Termodynamiikka tentinvalvonta PHYS K215 Tfy Fysiologia Tfy Signal Processing in Biomedical Engineering

Musiikin parissa toimiminen tukee puheen oppimista. 1. Musiikin ja puheen läheinenl yhteys. Musiikinkuuntelu vaikuttaa aivojen tunnealueisiin

S Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö, kevät 2010

Pv Pvm Aika Kurssin koodi ja nimi Sali Tentti/Vk Viikko

Johdanto tieto- viestintäteknologian käyttöön: Äänitystekniikka. Vfo135 ja Vfp124 Martti Vainio

PYP I / TEEMA 8 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

Aiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio

E. Oja ja H. Mannila Datasta Tietoon: Luku 2

Automatisoituminen, resurssit ja monitehtäväsuoritus

Muuttaako teknologia aivojen tapaa käsitellä tietoa? Teknologia 2013 Tervetuloa vuoteen 2020

Biologisten ilmiöiden mittaaminen

Lääketieteellinen kuvantaminen. Biofysiikan kurssi Liikuntabiologian laitos Jussi Peltonen

SÄHKÖMAGNEETTISTEN KENTTIEN BIOLOGISET VAIKUTUKSET JA TERVEYSRISKIT

Magneettiset testimittaukset miehittämättömällä lentolaitteella (UAV) Rovaniemellä

Koesuunnitelma Alumiinin lämpölaajenemiskertoimen määrittäminen

Spektri- ja signaalianalysaattorit

LAPS: Testbedhavainnoista. analyysiksi. Janne Kotro Kaukokartoitus/Tutkimus

VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Lauri Karppi j SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria DIPOLIRYHMÄANTENNI.

Aivotutkimus kielenoppimisen edistäjänä

Yksilön matka minuksi - miten aivot kehittyvät? Tiina Parviainen, Director, Centre for Interdisciplinary Brain Research, University of Jyväskylä

Työkalujen merkitys mittaamisessa

Hermosolu tiedonkäsittelyn perusyksikkönä. Muonion lukio Noora Lindgrén

Pinces AC-virtapihdit ampèremetriques pour courant AC

Miten asiakaspolku näkyy asiakaskokemuksen seurannassa?

Cortical processing of the periodicity of speech sounds

Why our Brains Love Crafts?

Kliininen arviointi ja tutkimus yrityksen kannalta maalaisjärki

Kurssin toteutus ja ryhmiinjako Ma 2.9. klo PR104 Aki Sorsa (SÄÄ) Pe klo 8-10 (oma huone) Ke Tehtävien palautus

PÖYTYÄN KUNTA, KYRÖN VANHA KOULU TILASTOVERTAILU DNA-ANALYYSEISTÄ

IPR:n mukaisia laatuvaatimuksia - mitä mittaajilta odotetaan? Ilmanlaadun mittaajapäivät Helsinki Mika Vestenius, Kaisa Korpi IL

Yksinasuvan seniorin turvapalvelu. Mielenrauhaa lapsilleni ja minulle

Ch4 NMR Spectrometer

Puheentutkimuksen tilastoanalyysin perusteet. 8. luento. Pertti Palo

AS Automaation käyttöliittymät. Aistien kognitio ja ergonomia Koneen kognitio

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

FYSIIKAN TENTTIJÄRJESTYS versio 2.2

AKKREDITOITU TESTAUSLABORATORIO ACCREDITED TESTING LABORATORY AKUKON OY AKUKON LTD

pitkittäisaineistoissa

JÄTEHUOLLON ERIKOISTYÖ

Magnetismi Mitä tiedämme magnetismista?

Uudelleenkäytön jako kahteen

Transkriptio:

Aivotoiminnan mittaaminen magnetoenkefalografialla ELEC-A8720 - Biologisten ilmiöiden mittaaminen 1 Kaisu Lankinen, DI Neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitos Systems and Clinical Neuroscience -group

Luennon aiheet 1. Aivotoiminnan mittaaminen 2. Magnetoenkefalografia (MEG) 3. MEG:n mittaaminen 4. MEG:n analyysi 5. Laboratoriovierailu ja raportointi 2

Ihmisaivot Aivojen perusyksikköjä ovat hermosolut eli neuronit Hermosoluja on n. 10 11 kpl, ja ne muodostavat n. 10 14 kpl yhteyksiä toisiinsa Hermosolujen liitoskohdissa informaatio kulkee kemiallisesti ja yksittäisissä hermosoluissa sähköisesti https://fi.wikipedia.org/wiki/ihmisaivot 3

Ihmisaivot https://fi.wikipedia.org/wiki/ihmisaivot Risto Ilmoniemi: Aivojen rakenne ja toiminta 4

Ihmisaivojen tehtäviä Sensorisen informaation käsittely (esim. näkö, kuulo, tuntoaisti) Tiedon varastointi Tiedon käsittely ja tuottaminen Kehon liikkeiden kontrollointi Puheen tuottaminen Kommunikointi ympäristön ja toisten ihmisten kanssa www.ucsf.edu 5

Ihmisaivojen rakenne Aivojen eri osat ovat usein keskittyneet tietynlaisen tiedon prosessointiin Eri osat muodostavat keskenään verkostoja http://www.britannica.com/science/broca-area/imagesvideos/functional-areas-of-the-human-brain/100577 6

Aivotoiminnan mittaaminen Aivokuvantamisen avulla voidaan tutkia aivojen toimintaa kajoamattomasti (eiinvasiivisesti) pään ulkopuolelta Rakenteellinen ja toiminnallinen kuvaus en.wikipedia.org 7

Yleisimpiä aivokuvantamismenetelmiä Magneettikuvaus (MRI), Toiminnallinen magneettikuvaus (fmri) Elektroenkefalografia(EEG) Magnetoenkefalografia (MEG) Transkraniaalinen magneettistimulaatio (TMS) ani.aalto.fi en.wikipedia.org www.elekta.com into.aalto.fi 8

Magnetoenkefalografian perusteet Magnetoenkefalografialla mitataan hermosolujen toiminnan synnyttämiä magneettikenttiä Electricity induces magnetic fields also in the brain http://uuhsc.utah.edu/uumsi 9

MEG-signaalin synty Magnetoenkefalografialla mitataan hermosolujen toiminnan synnyttämiä magneettikenttiä Courtesy of Lauri Parkkonen Aivokuori Hermosolu Aksoni Dendriitit Synapsi http://uuhsc.utah.edu/uumsi 10

MEG-signaalin synty Courtesy of Lauri Parkkonen Postsynaptisista virroista syntyvät magneettikentät ovat hyvin pieniä Tarvitaankin riittävän suuri populaatio yhtäaikaisesti aktivoituvia hermosoluja (~10 000), sekä niiden summautumista spatiaalisesti ja ajallisesti, jotta syntyvä kenttä voidaan mitata Tyypillisesti syntyvät magneettikentät ovat luokkaa 50-500 ft (10 15 Tesla), mikä on n. 100 miljoonaa kertaa pienempi kuin maan magnettikenttä 11

MEG:n instrumentointi Koska aivojen synnyttämät magneettikentät ovat erittäin pieniä, tarvitaan erityisen herkkiä sensoreita signaalin mittaamiseksi Earth: ~10 Brain: ~10 SQUID (superconducting quantum interference device) 269 C 12

Courtesy of Lauri Parkkonen MEG:n instrumentointi Tyypillisesti 306 sensoria, jotka on järjestetty koko pään kattavasti Sensorilokaatioita 102 kpl Jokaisessa yksikössä 3 kpl: 2 kpl gradiometrejä + 1 magnetometri, jotka mittaavat magneettikentän eri komponentteja Courtesy of Mika Seppä 13

MEG-mittauksen häiriöt Koska aivojen synnyttämät magneettikentät ovat hyvin pieniä, laitteisto on sijoitettava suojahuoneen sisälle Suojahuone koostuu mu-metallista ja alumiinista, ja suojaa ympäristön magneettikentiltä Esim. liikenne, voimalinjat, hissit yms. http://ilabs.washington.edu/ 14

Muita häiriölähteitä Silmänliikkeet, lihasjännitys, hengitys, sydämen toiminta Kehossa olevat metalliesineet (esim. hammasraudat) Brain noise, aivojen taustaaktivaatio Mittauslaitteiston häiriöt, esim. elektroniikka 15

MEG:n ominaisuuksia Ei-invasiivinen ja turvallinen, voidaan toistaa mittauksia rajattomasti Ajallinen tarkkuus erinomainen (ms), paikkatarkkuus muutama mm MEG:llä voidaan mitata pääasiassa vain aivokuoren pinnalla olevia lähteitä http://ilabs.washington.edu/ 16

MEG:n käyttö tutkimuksessa Stimuli: visual, auditory, tactile, social... Tasks: attend, respond, play, interact... www.elekta.com Analysis: localisation, fine timecourse, activity across different frequencies, coherence across parts of brain Data: event-related or continuous measurement 17

MEG:n yleisimpiä kliinisiä sovelluksia Epilepsia Aivoalueiden paikannus Mäkelä et al., HBM 2001 Hari et al., 1993 Muita esim. kipu- ja aivohalvaustutkimukset 18

MEG:n mittaaminen Mitattavan henkilön valmistelu: ei magneettista materiaalia vaatteissa tai kehossa Pään paikan rekisteröinti suhteessa sensoreihin keloilla MEG-lähteet voidaan yhdistää MRI-kuviin, vaatii myös rekisteröintiä Courtesy of Lauri Parkkonen http://the-brain-box.blogspot.fi/ 19

MEG-analyysin perusteita 20

MEG-analyysin perusteita Perinteinen tapa tutkia aivojen toimintaa MEG:llä on käyttää erilaisia ärsykkeitä (esim. ääni-, tunto- tai visuaalisia) Aivot reagoivat ärsykkeisiin, ja synnyttävät ärsykkeestä riippuen tyypilliseen vasteen (herätevaste) Suuri määrä ärsykkeitä keskiarvoistetaan kohinan poistamiseksi, ja selkeän signaalin saamiseksi Ft/cm 21

MEG-analyysin perusteita N = 1 N = 5 Suuri määrä ärsykkeitä keskiarvoistetaan kohinan poistamiseksi N = 20 N = 100 Time (ms) 22

Herätevasteanalyysi Aivovasteen muoto ja amplitudi voivat muuttua stimuluksen manipuloinnin tai koehenkilön tilan seurauksena MEG:n erinomainen aikaresoluutio (millisekunteja) mahdollistaa nopeiden aivoprosessien tutkimisen Lisäksi voidaan tutkia aktivoituvien aivoalueiden sijaintia kullakin ajanhetkellä 23

Kuuloherätevaste Courtesy of Riitta Hari 24

SIIL Tuntoherätevaste SII R 81 ms 94 ms 200 ft/cm SIL 200 ms Simoes et al. PNAS 2003 20 ms Median nerve stimulus at the right wrist Courtesy of Riitta Hari 25

mne-tools.github.io Lähdepaikannus Yksinkertaisimmissa malleissa lähdettä aivoissa voidaan kuvata dipolilla, joka sovitetaan kenttäjakaumaan Monimutkaisemmissa malleissa lähteitä voidaan kuvata mm. jakaumalla (esim. minimum-norm estimates) http://www.acmegs.org/ 26

MEG-analyysin nykytilanne Lankinen et al., 2014 Mandel et al., 2016 27

Laboratoriovierailu ja mittausdemo

Mittausdemo Työn sisältö ja tarkoitus: Tutustutaan MEG-laboratorioon ja sen laitteistoon Demonstroidaan, kuinka tyypillinen yksinkertainen MEGmittaus tehdään Mitataan aivovasteita toistuvaa ääniärsykettä käyttämällä Laboratoriokäynnistä ja mittauksista tehdään arvosteltava ryhmäraportti 29

Tapaamispaikka Nanotalo, aula Puumiehenkuja 2A, Otaniemi Paikalla ajoissa! Jos et löydä, soita: 0408659875 (Kaisu) 30

Raportointi Mittauksista palautetaan ryhmäraportti, joka arvostellaan asteikolla 1 5 Jokainen ryhmän jäsen saa saman arvosanan Raportoinnin tehtävät annetaan laboratoriovierailun yhteydessä Raportissa kysymyksiä MEG-mittauksista sekä pieni data-analyysitehtävä Palautus MyCourses:iin viimeistään ma 21.11. 31

Valmistautuminen Mittausdemossa on mahdollista olla mitattavana koehenkilönä Mitattava hlö valmistellaan mittausta varten seuraavasti: Koehenkilön vaatetus tulee olla ei-magneettinen (ei esim. metallisia vetoketjuja tai vöitä). Laboratoriosta voi myös lainata ei-magneettisia asuja mittauksen ajaksi Koehenkilön päähän kiinnitetään teipillä kelat pään paikannusta varten Mittauksen aikana koehenkilö istuu MEGlaitteessa, suojahuoneen sisällä, ovi suljettuna mittauksen ajaksi Varsinainen mittaus kestää n. 5 min 32

Kysymyksiä? kaisu.lankinen@aalto.fi