Väitös neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan alalta, M.Sc. Merlin Dumeur

Väitöskirjan nimi: Multifractal analysis for studying criticality in neural dynamics

Väittelijä: Merlin Dumeur
Vastaväittäjä: tutkimusjohtaja, Viktor Jirsa, Institut de Neuroscience des Systemes, Aix-Marseille University, Ranska
Kustos: professori Matias Palva Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu 

Tämä väitöskirja tutkii multifraktaalisuuden—monimutkaisten skaala-invarianttien rakenteiden—ja aivokriittisyyshypoteesin välistä yhteyttä. Hypoteesi esittää, että aivot toimivat lähellä vaiheensiirtymän kriittistä pistettä järjestyksen ja epäjärjestyksen välillä. Tutkimus paikkaa merkittävän aukon neurotieteessä tarjoamalla ensimmäisen systemaattisen analyysin näiden kahden ilmiön yhdistämisestä, joita on aiemmin käsitelty erillään multifraktaalianalyysin monimutkaisuuden ja neurofysiologisen perustan puutteen vuoksi. Tutkimuksella oli kolme päätavoitetta: osoittaa multifraktaalisuutta kriittisten aivodynamiikan simulaatiomalleissa, ratkaista keskeinen menetelmällinen ongelma kehittämällä uusi algoritmi, joka kykenee käsittelemään poikkeavia arvoja hermoston aikasarjoissa, sekä soveltaa tätä parannettua menetelmää lepotilassa mitattuun MEG-aineistoon multifraktaalisten ominaisuuksien paljastamiseksi aivojen oskillaatioista. Tulokset vahvistavat, että multifraktaalisuutta esiintyy sekä simuloiduissa että todellisissa hermosignaaleissa, ja että se vastaa kriittisesti toimivien järjestelmien dynamiikkaa. Tämä vakiinnuttaa multifraktaalianalyysin päteväksi ja informatiiviseksi työkaluksi aivotoiminnan tutkimuksessa. Havainnot tarjoavat uutta ymmärrystä siitä, miten skaala-invariantit ominaisuudet ilmenevät aivotoiminnassa ja luovat vankan perustan monimutkaisten ajallisten rakenteiden tulkinnalle neurofysiologisissa mittauksissa. Nämä tulokset ovat merkityksellisiä laskennallisessa neurotieteessä, kognitiotieteessä ja kliinisessä tutkimuksessa, joissa aivotoiminnan dynaamisen organisoinnin ymmärtäminen on keskeistä. Lopulta väitöskirja osoittaa, että multifraktaalisuus ei ole pelkkä matemaattinen erikoisuus, vaan aivodynamiikan olennainen piirre erityisesti kriittisyyden näkökulmasta.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc