Browsing by discipline "Fysiologia ja neurotiede"

Visual working memory (VWM) maintains information for future usage. Several studies show that the cortical oscillations in the γ-frequency band (from 30 to 120 Hz) are modulated by the VWM performance. However, less is known about the cortical sources underlying the modulation of these oscillations in VWM. To address this question, we recorded human neuronal activity with magneto- and electroencephalography (M/EEG) during a delayed-matching-to-sample VWM task with three different task conditions, within which participants were instructed to focus on different object features in turn. In addition, anatomical data was acquired with magnetic resonance imaging for source modeling purposes. We then estimated the cortical amplitude dynamics across frequencies from three to 90 Hz during the VWM retention period for these three different conditions. We found that the amplitudes of the γ –frequency band oscillations were strengthened in the occipito-temporal cortical areas during the VWM for shapes but not for color or spatial locations. These data suggest that γ –band oscillations are fundamental in VWM, especially for visual stimuli requiring perceptual feature binding. Furthermore, cortical γ –band oscillations were found to be load dependently strengthened in the frontal cortex, where the central executive and attention associated processes are believed to take place. These data support the previous hypotheses stating that γ –band oscillations contribute to the maintenance of object representations in VWM.

Tässä pro gradu -tutkielmassa on tarkasteltu aivosähkö- ja aivomagneettikäyrien amplitudien vaihteluiden vastaavuussuhteita koehenkilön suoriutumiseen audiovisuaalisten ärsykkeiden tarkkaavaisuustehtävissä. Aikaisemmista tutkimuksista tiedetään, että koehenkilön osumatarkkuus ei pysy vakiona koko tehtävän ajan, vaan on monesti jaksottunut valppauden ja herpaantumisen jaksoihin. Lisäksi osumatarkkuus koko kokeen ajalta on alhaisempi kuin lyhyen kalibraatiojakson ajalta mitattuna. Tämän intuitiiviseltä tuntuvan keskittymiskyvyn järkkymisen taustalla on esitetty olevan henkilön introspektiiviset ja mielenvaelteluun liittyvät kognitiiviset toiminnot. Ennen tätä tutkimusta on jäänyt kuitenkin osoittamatta osumatarkkuuden ailahtelun yhteys aivokuoren hermostollisen aktiivisuuden pitkällä ajalla autokorreloiviin muutoksiin lähdemallintamisella. Tämän pro gradun tutkimustulokset osoittavat, että näiden kahden lajin välillä on olemassa merkittävä korrelaatioyhteys. Lisäksi lepovaiheen aivotoiminnasta modaliteettispesifeillä tarkkaavaisuus- ja oletustilan verkoston alueilla voidaan ennustaa psykofyysisen suoriutumisen vaihteluja jatkuvan audiovisuaalisen ärsykekynnyksen tarkkaavaisuustehtävän aikana. Keskittymiskyvyn vaihtelun muutoksia hermostollisella tasolla ja näitä mahdollisesti ilmentäviä käyttäytymisen ailahteluja psykofyysisinä parametreinä, kuten osumatarkkuutena ja reaktionopeutena, voidaan luonnehtia skaalauslakianalyysilla. Ilmiön skaalaton käyttäytyminen heijastelee monimutkaisen järjestelmän taipumusta luoda sisäisiä vastaavuussuhteita eli autokorrelaatioita, jotka heikkenevät hitaammin ja ulottuvat kauemmaksi ajassa ja/tai paikassa kuin mitä alla piilevistä mekanismeista voidaan suoraan ennustaa. On havaittu, että osumatarkkuuden jaksottuminen ja spontaani aivotoiminta noudattavat potenssilain skaalauskäyttäytymistä ajan suhteen. Psykofyysisen ja hermostollisen skaalauslain mukaisen käyttäytymisen kvantifioimiseksi tässä opinnäytetyössä on käytetty vaihtelun ikkunallista autokorrelaatioanalyysiä, DFA:ta. DFA paljastaa ilmiön sisällä olevien peräkkäisten tapahtumien autokorrelaatioiden kestävyyden tarkasteluvälin kasvaessa. Skaalausluvut eli DFA-eksponentit on johdettu tässä kokeessa jatkuvan audiovisuaalisen ärsykekynnyksen tarkkaavaisuustehtävän ja levon aikana rekisteröidyistä aivosähkö- ja aivomagneettikäyräsignaalien verhokäyrästä sekä psykofyysisen osuma/huti -binäärisekvenssistä rakennetusta keinotekoisesta satunnaiskulun kaltaisesta käyrästä. Jatkuvat ärsykekynnystehtävät soveltuvat hyvin tarkkaavaisuuden top-down mekanismien tutkimiseen, koska heikoista, vain juuri ja juuri havaintokyvyn säteellä olevista ärsykkeistä seuraa verraten heikko bottom-up hermostovaste. Näin keskittymiskykyyn vaikuttavat top-down säätelymekanismit kuten motivaatio, päämäärät tai mielenvaeltelu eli spontaanilta vaikuttava aivotoiminta edustuu selkeämmin aivosähkö- ja -magneettikäyrissä. Aivokuoren kokonaisvaltaisen skaalautumisen lisäksi ollaan kiinnostuneita psykofyysisten ja hermostollisten vastaavuussuhteiden jakaumamallista tietyille aivoalueille. Mitattujen hermostollisten signaalien paikantaminen tarkalleen tietyille aivokuoren alueille aiheuttaa käänteisen ongelman, joka on ratkaistu tässä MNE -lähdemallintamisella. Lähdemallintamisen algoritmit tuottavat todennäköisimmän mallin aivokuoren alueista, joiden aktiivisuudella voidaan selittää mitatut MEEG signaalit. Mallintaminen on työn kriittinen vaihe, koska sillä yhdistetään neuroanatominen tieto fysiologisen ja psykofyysisen tiedon kanssa. Yksilötason data on käsitelty lopuksi ryhmätasolla tilastollisin menetelmin korrelaatiotulosten merkittävyyksien arvioimiseksi.

Työssä tutkittiin rasvahappojen kerrostumista itämerennorpan (Phoca hispida botnica) traanissa ja tämän merkitystä rasvahappokoostumukseen perustuvassa ravintokohteiden arvioinnissa. Vertaamalla sisätraanin rasvahappokoostumusta plasman ja maksan rasvahappokoostumuksiin pyrittiin selvittämään siirtyvätkö jotkut tietyt ravinnon rasvahapot toisia tehokkaammin traanin sisäosiin, eli heijastelevatko jotkut sisätraanin rasvahapoista ravinnon rasvahappokoostumusta toisia paremmin. Itämerennorpan traanin eri kerrosten rasvahappokoostumusta verrattiin myös sen tärkeimmän ravintokalan, Itämeren silakan rasvahappokoostumukseen, jotta nähtäisiin minkä kerroksen koostumus muistuttaa eniten ravinnon rasvahappokoostumusta. Vertailun vuoksi työssä tutkittiin myös makeassa vedessä elävän saimaannorpan (Phoca hispida saimensis) traanin ja maksan rasvahappokoostumuksia. Lisäksi määritettiin plasma- ja maksanäytteiden kuljettaman tai lyhytaikaisesti varastoiman varastorasvan määrät. Tutkimuksessa käytettiin Perämerellä ammutuista itämerennorpista kerättyjä traani-, maksa- ja plasmanäytteitä, sekä kuolleina löydetyistä saimaannorpista kerättyjä traani- ja maksanäytteitä. Kudosnäytteiden rasvahappokoostumusten määritys tehtiin analysoimalla niistä valmistettuja rasvahappojen metyyliesteriseoksia kaasukromatografisesti (GC). Lipidiluokkakoostumukset puolestaan määritettiin korkean erotuskyvyn ohutlevykromatografialla (HPTLC). Analyysien tuloksia käsiteltiin tilastollisesti pääkomponenttianalyysin (PCA) ja sen tuloksia ohjatusti luokittelevan menetelmän (SIMCA) avulla, regressioanalyysillä, sekä laskemalla koostumusten euklidisia etäisyyksiä eri näytteiden välillä. Jokaisen yksilön traanille luotiin vertikaalinen rasvahappoprofiili toisiaan nahasta lihakseen seuraavien osanäytteiden rasvahappokoostumuksen perusteella. Itämerennorpan traanin kerrostuneisuutta tutkittiin nyt ensimmäistä kertaa ja sen havaittiin olevan rakenteeltaan kerrostunut, kuten on havaittu myös aiemmin tutkituilla kahdella norpan alalajilla. Aiemmista tutkimustuloksista poiketen keskitraani ei kuitenkaan eronnut rasvahappokoostumukseltaan merkitsevästi muista traanikerroksista. Sisä- ja ulkotraanin väliset rasvahappokoostumuksen erot olivat sen sijaan merkitseviä. Traanikerroksista sisätraani muistutti eniten itämerennorpan tärkeän saalislajin, silakan, rasvahappokoostumusta. Itämerennorpan kudosten rasvahappokoostumus erosi selvästi saimaannorpan kudosten rasvahappokoostumuksista. Näiden kahden alalajin ulkotraanit kuitenkin muistuttivat toisiaan rasvahappokoostumukseltaan sisätraaneja enemmän, mikä viittaa siihen, että niiden ulkotraanin koostumusta säätelevät samankaltaiset lämmönsäätelyyn liittyvät geneettisesti määräytyvät tekijät. Rasvahappokoostumusten alalajikohtaisista eroista huolimatta traanin rasvahappojen kerrostumistapa oli samanlainen molemmilla tutkituista alalajeista. Traanin vertikaaliset rasvahappoprofiilit olivat kuitenkin hyvin yksilöllisiä. Useiden rasvahappojen suhteelliset määrät plasmassa ja sisätraanissa korreloivat tilastollisesti merkitsevästi keskenään. Tämä tulos vahvistaa oletuksen, että viimeaikaisella ravinnolla on vaikutusta erityisesti sisätraanin rasvahappokoostumukseen ja, että sen perusteella voidaan saada tietoa eläimen ravinnosta. On kuitenkin huomattava, että tietyt sisätraanin rasvahapot ilmentävät ravinnon rasvahappokoostumusta toisia paremmin. Vaikka traanien vertikaaliset rasvahappoprofiilit antavat mitä ilmeisimmin yksilökohtaista tietoa eläinten ravinnosta ja aineenvaihdunnasta, niitä ei ole pystytty tulkitsemaan aiemmissa tutkimuksissa kovinkaan syvällisesti. Nämä tulokset voivatkin osaltaan auttaa tulkitsemaan traanin vertikaalisia rasvahappoprofiileja tulevaisuudessa. Saatuja tuloksia voidaan lisäksi hyödyntää myös hylkeiden ravintokohteiden arvioinnissa käytettävien näytteenottoprotokollien suunnitteluun ja kehittämiseen.