Väitös lääketieteellisen tekniikan alalta, TkL Hanna-Leena Halme

Vastaväittäjä: professori Nathalie George, Institut du Cerveau - Paris Brain Institute (ICM), Ranska
Kustos: professori Lauri Parkkonen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, Neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitos

Väitös järjestetään kampuksella ja Zoomissa: https://aalto.zoom.us/j/61933224381

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston julkaisuarkiston verkkoriiputussivulla.

Elektroninen väitöskirja

Väitöstiedote:

Aivokäyttöliittymä on järjestelmä, joka mittaa käyttäjän aivotoimintaa, analysoi sen reaaliajassa ja määrittää sen perusteella käyttäjälle annettavat ärsykkeet. Käyttäjä voi siis kontrolloida saamaansa palautetta muuttamalla aivotoimintaansa. Tämänkaltaista suljetun silmukan järjestelmää voidaan käyttää esimerkiksi aivoverenkiertohäiriöiden kuntoutuksen tukena. Väitöskirjassa kehitettiin menetelmiä magnetoenkefalografiaa (MEG) hyödyntäviin aivokäyttöliittymiin. Koeasetelmassa terveet käyttäjät kuvittelivat MEG-mittauksen aikana joko vasemman tai oikean käden liikkeitä annettujen ohjeiden mukaan. Kuvittelun aiheuttamat MEG-vasteet analysoitiin reaaliajassa ja niiden avulla ohjattiin käyttäjille annettavaa visuaalista ja proprioseptiivista palautetta. Väitöskirjan ensimmäisessä ja toisessa osatyössä vertailtiin koneoppimismenetelmiä, joilla vasemman ja oikean käden kuvittelun aiheuttamat MEG-signaalit voidaan erotella toisistaan. Näiden signaalien luokittelu onnistui hyvällä tarkkuudella, kun koneoppimisalgoritmien opetusdatana käytettiin koehenkilön omia MEG-signaaleja. Luokittelu oli vaikeampaa, kun opetusdata tuli toisilta koehenkilöiltä, mutta myös tässä tapauksessa pystyttiin kohtalaisella tarkkuudella erottamaan vasemman ja oikean käden kuvittelu toisistaan. Sen sijaan passiivisten kädenliikkeiden aikaansaamien MEG-vasteiden käyttö opetusdatana tuotti huonoja luokittelutuloksia. Kolmannessa osatyössä tutkittiin, miten koehenkilöiden aivotoiminta muuttuu heidän käyttäessään aivokäyttöliittymää yhden mittauskerran ajan. Proprioseptiivista palautetta saaneilla henkilöillä sensorimotoristen rytmien amplitudi kasvoi lineaarisesti liikkeitä koordinoivilla aivoalueilla. Pelkkää visuaalista palautetta saaneilla koehenkilöillä ei havaittu vastaavia muutoksia. Tulosten perusteella liikeaivokuoren kuntoutukseen tähtäävissä aivokäyttöliittymissä tulisi käyttää visuaalisen palautteen sijaan proprioseptiivista palautetta. Väitöskirjan tuloksia voidaan hyödyntää kehitettäessä muita MEG:hen perustuvia aivokäyttöliittymiä. Luokittelutuloksia voidaan käyttää vertailukohtana muille algoritmeille, jotka tunnistavat liikkeiden kuvitteluun liittyviä MEG-signaaleja.

Väittelijän yhteystiedot: [email protected],