Ajankohtaista

Väitös: 24.11.2017 Aivojen tiedon käsittely avautuu magneettikuvausaineiston analyysillä (Tsatsishvili)

Alkamisaika: perjantai 24. marraskuuta 2017, 12.00

Päättymisaika: perjantai 24. marraskuuta 2017, 15.00

Paikka: Mattilanniemi, Agora, Beeta

ValeriTsatsishvilinettikuvaajaMananaKoberidze.jpg
Valeri Tsatsishvili kuvaaja: Manana Koberidze
FM Valeri Tsatsishvilin tietotekniikan väitöskirjan "Data-driven Analysis for fMRI during Naturalistic Music Listening" tarkastustilaisuus. Vastaväittäjänä professori Karen Egiazarian (Tampereen teknillinen yliopisto) ja kustoksena professori Tapani Ristaniemi (Jyväskylän yliopisto). Väitös on englanninkielinen.

Ihmisaivojen tapa havainnoida ja tiedostaa ympäröivää maailma on ollut suosittu tutkimuskohde kognitiivisessa neurotieteessä noninvasiivisten aivokuvantamistekniikkojen kehittämisestä lähtien. Toiminnallinen magneettikuvaus fMRI (functional magnetic resonance imaging) on esimerkki tästä.

Kontrolloiduissa aivokuvantamiskokeiluissa osallistujat on perinteisesti altistettu yksinkertaistetuille aistiärsykkeille tai he ovat suorittaneet vaatimattomia kognitiivisia tehtäviä kytkettyinä aivokuvantamislaitteisiin. Jopa tavalliset, arkipäiväiset toiminnot vaativat kuitenkin monimutkaista, kognitiivista monikanavaisen tiedon prosessointia. Kun esimerkiksi kuuntelemme musiikkia, aivomme analysoivat ja yhdistelevät erilaisia tietoja musiikista, kuten genreä, rytmiä, melodiaa, rakennetta ja sointia.

Näiden musiikillisten ominaisuuksien hermostollista käsittelyä on tutkittu eristyksissä yksinkertaistettujen ja/tai keinotekoisesti luotujen ärsykkeiden avulla. Viime aikoina on kuitenkin kyseenalaistettu, antaako yksittäisten musiikillisten ominaisuuksien tutkiminen kontrolloiduissa kokeissa kokonaiskuvaa siitä, miten tämänkaltainen hermostollinen käsittely ja yhdistely tapahtuvat oikeassa elämässä. Tämän seurauksena useissa tutkimuksissa on tehty todenmukaisia aivokuvantamiskokeita, joissa osallistujat kuuntelevat yhtäjaksoisesti kokonaisia musiikkikappaleita fMRI-laitteeseen kytkettyinä.

- Tämänkaltaisissa kokeissa saatujen aivoissa tapahtuvien reaktioiden analysointi asettaa uusia metodologisia haasteita liittyen ärsykkeen monimutkaisuuteen, kokeellisten muuttujien kontrolloimisen mahdottomuuteen ja signaalien kohonneeseen äänenvoimakkuuteen, Tsastsishvili kertoo.

Tsastsishvili tarttui tutkimuksessaan joihinkin näistä metodologisista haasteista analysoimalla todenmukaisista musiikinkuuntelukokeista saatua fMRI-aineistoa aineistopohjaisilla menetelmillä.

- Yksi haasteista on tunnistaa ja erotella aivojen reaktioita liittyen erilaisiin ärsykkeiden ominaisuuksiin tai muista lähteistä, kuten fysiologisista prosesseista ja kuvantamislaitteistosta, saatuihin signaaleihin, Tsastsishvili kuvailee.

Tutkimus ehdottaa joitakin tapoja lähteiden erottelun parantamiseen. Toinen osa työtä tutkii epälineaaristen metodien soveltamista ääniärsykkeen soinnillisia, sävelellisiä ja rytmillisiä piirteitä muistuttavien ominaisuuksien tuotannossa.

Lisätietoja:

Valeri Tsatsishvili, 0443518343, valeri.tsatsishvili@jyu.fi,

Viestintäpäällikkö Liisa Harjula, 040 8054403, viestinta@jyu.fi

Valeri Tsatsishvili valmistui lukiosta Tbilisissä, Georgiassa v. 2000. Hän on suorittanut kandidaatin tutkintonsa fysiikasta Ivane Javakhishvili Tbilisi State University, Georgiassa (v. 2004) ja maisterin tutkintonsa Jyväskylän yliopistossa (v. 2011).

Teos on julkaistu sarjassa Jyväskylä Studies in Computing numerona 268, 51 s., Jyväskylä 2017, ISSN: 1456-5390, 268, ISBN: 978-951-39-7239-4 (nid.), 978-951-39-7240-0 (PDF).

Abstract

Interest towards higher ecological validity in functional magnetic resonance imaging (fMRI) experiments has been steadily growing since the turn of millennium. The trend is reflected in increasing amount of naturalistic experiments, where participants are exposed to the real-world complex stimulus and/or cognitive tasks such as watching movie, playing video games, or listening to music. Multifaceted stimuli forming parallel streams of input information, combined with reduced control over experimental variables introduces number of methodological challenges associated with isolating brain responses to individual events.

This exploratory work demonstrated some of those methodological challenges by applying widely used data-driven methods to real fMRI data elicited from continuous music listening experiment. Under the general goal of finding functional networks of brain regions involved in music processing, this work contributed to improvement of the methodology from two perspectives. One is to produce a set of representative features for stimulus audio that can capture different aspects of music, such as timbre and tonality. Another is to improve reliability and quality of separation of the observed brain activations into independent spatial patterns. Improved separation in turn enables better differentiation of stimulus-related activations from the ones originating from unrelated physiological, cognitive, or technical processes.

More specifically, part of the research explored an application of a nonlinear method for generating perceptually relevant stimulus features representing high-level concepts in music. Another part addressed dimensionality reduction and model order estimation problem before subjecting fMRI data to source separation and offered few methodological developments in this regard.

Lisätietoja

FM Valeri Tsatsishvili
valeri.v.tsatsishvili@jyu.fi
kuuluu seuraaviin kategorioihin: