Tutkielman tarkoituksena oli tarkastella erilaisten digitaalisten suodattimien vaikutuksia aivojen keskilatenttisiin auditiivisiin tapahtumapotentiaaleihin ja löytää optimaaliset digitaaliset suodattimet P50-vasteen analyysiin. Tapahtumapotentiaalilla (Event-Related Potential, ERP) tarkoitetaan ulkoisen ärsykkeen valikoivan tarkkailun tai muun kognitiivisen prosessin aiheuttamaa hetkellistä muutosta aivojen sähköisessä toiminnassa. Tapahtumapotentiaalien mittaus perustuu elektroenkefalografiaan (Electroencephalography, EEG) eli aivohermosolujoukkojen synkronisten kalvojännitemuutosten mittaukseen. EEG mitataan pään pinnalle asetettujen elektrodien välisinä potentiaalieroina.
Tapahtumapotentiaalit selittävät hermoradastojen toimintaa ja tarjoavat objektiivisen, ei-invasiivisen ja kustannustehokkaan menetelmän kognitiivisten toimintojen tutkimiseen. Auditiivisilla tapahtumapotentiaaleilla voidaan havaita puutoksia valikoivassa tarkkaavaisuudessa ja aivojen sensory gating -mekanismissa. Sensory gating -mekanismilla tarkoitetaan aivojen kykyä suodattaa toistuvia irrelevantteja aistiärsykkeitä ja sen uskotaan olevan yhteydessä aivojen kolinergiseen järjestelmään. Kolinergisen järjestelmän vaurioituminen on Alzheimerin taudin keskeinen ominaisuus jo taudin varhaisessa vaiheessa, ja siten auditiiviset tapahtumapotentiaalit voivat tarjota työkalun Alzheimerin taudin varhaisdiagnostiikkaan.
Tapahtumapotentiaali on sekoittuneena aivojen spontaaniin toimintaan ja muuhun kohinaan. Tapahtumapotentiaalien signaali-kohinasuhteen parantamiseen käytetään digitaalista suodattamista. Termillä digitaalinen suodatin viitataan laajaan joukkoon tekniikoita, joissa yksinkertaisilla matemaattisilla operaatioilla vaimennetaan tai vahvistetaan haluttuja taajuuksia signaalien diskreettiaikaisissa esityksissä. Digitaaliset suodattimet voidaan jakaa kahteen luokkaan suodattimen impulssivasteen mukaan: äärellisen impulssivasteen FIR (Finite Impulse Response) -suodattimiin ja äärettömän impulssivasteen IIR (Infinite Impulse Response) -suodattimiin.
Tapahtumapotentiaalien digitaalisella suodattamisella pyritään vaimentamaan taajuuksia, jotka pääosin sisältävät ei-aivoperäistä kohinaa tai koeasetelman kannalta epäolennaista informaatiota. Suodattaminen voi kuitenkin merkittävästi vääristää ERP-aallon aikaesitystä ja siten johtaa vääriin tulkintoihin; suodattimet voivat esimerkiksi muuttaa ERP-vasteen alkuajankohtaa, kestoa ja amplitudia sekä tuottaa teennäisiä oskillaatioita. Varhaiset ERP-vasteet, kuten P50-vaste, ovat erityisen herkkiä käytetyille suodatinasetuksille. Valitsemalla käytetyn suodattimen tyyppi ja parametrit huolellisesti tarkasteltavien komponenttien ja koeasetelman mukaan voidaan suodatinartefaktit minimoida ja havaita pieniä signaaleja, jotka ilman suodattamista jäisivät kohinan peittoon.
Keskilatenttinen P50-vaste muodostuu pääasiassa aivojen nopeasta 40 Hz:n gamma-aktiivisuudesta ja vaatii siten eri suodatinasetukset kuin pitkälatenttisten vasteiden analyysi. P50-vasteeseen kohdistetusta laajasta mielenkiinnosta huolimatta ei kirjallisuudesta löydy yhdenmukaisia ja perusteltuja suosituksia sopivien suodattimien valintaan. Tutkielmassa tarkasteltiin kokeellisesti, millaisia vääristymiä erilaiset suodattimet ja suodattimien rajataajuudet aiheuttavat Alzheimerin tautia sairastavilta mitattuihin auditiivisiin keskilatenttisiin tapahtumapotentiaaleihin. Suodatintarkasteluun valittiin ikkunointimenetelmällä toteutettu FIR-suodatin, pienimmän neliövirheen FIR-suodatin ja äärettömän impulssivasteen Butterworth-suodatin, joista ikkunointimenetelmällä toteutetun FIR-suodattimen ja Butterworth-suodattimen todettiin aiheuttavan vähiten vääristymiä P50-vasteeseen. Tulosten perusteella optimaaliseksi ylipäästösuodatuksen rajataajuudeksi P50-vasteen analyysiin voidaan suositella 0,1–0,5 Hz:ä ja alipäästösuodatuksen rajataajuudeksi 80–90 Hz:ä.
