Väitös neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan alalta, M.Sc. Vladislav Myrov

Väitöskirjan nimi: Temporal Coordination and Criticality in Human Neural Dynamics - Bridging Insights from rhythmicity, synchronization, and computational modeling

Tohtoriopiskelija: Vladislav Myrov
Vastaväittäjä: tutkimusjohtaja Bertrand Thirion, INRIA, Ranska
Kustos: apulaisprofessori Matias Palva, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitos

Tämä väitöskirja tutkii hermostollisia oskillaatioita—rytmisiä vaihteluita erikoistuneiden hermopopulaatioiden herkkyydessä, joilla on keskeinen rooli aivojen tiedonkulun koordinoimisessa. Huolimatta laajasta tutkimuksesta, menetelmät hermostollisten oskillaatioiden analysoimiseksi ovat yhä kehittymässä. Tässä väitöskirjassa esittelemme uuden pACF-menetelmän, jolla rytmisyys voidaan suoraan kvantifioida, ja osoitamme, että kortikaalisilla oskillaatioilla on hyvin määritellyt anatomiset ja spektriset ominaisuudet, järjestäytyneinä pieniksi taajuussaarekkeiksi mesoskaalan tasolla.

Mutta mikään neuroni ei toimi yksin, ja ne toimivat verkostoissa; tutkimus tarkastelee pitkän matkan korkean taajuuden vaiheiden synkronisaatiota ihmisaivoissa. Tämä synkronisaatio osoittaa modulaarista arkkitehtuuria, erottaa terveet ja epileptiset alueet, esittää täsmällisiä laminaarisia profiileja ja näyttää hetkellistä voimistumista ja vaimenemista erillisissä taajuuskaistoissa vasteinhibiitiotehtävän aikana.

Hermoston dynamiikan vaihtelua yksilöiden ja kognitiivisten tilojen välillä käsitellään aivokriittisyys-hypoteesin näkökulmasta. Tutkimus ehdottaa, että aivojen kriittinen piste laajenee laajempaan kriittisen kaltaisten dynamiikkojen alueeseen, joka tunnetaan nimellä Griffithin vaihe. Tässä viitekehyksessä terveet aivoalueet toimivat subkriittisellä ja kriittisellä vaihe, kun taas epileptogeeniset alueet sijaitsevat kriittisen ja superkriittisen vaihe.

Lisäksi kehitimme hierarkkisen mallin kriittisen kaltaisesta oskillaatiotoiminnasta Kuramoto-mallin pohjalta, mikä mahdollistaa digitaalisen aivokaksosen luomisen, joka on räätälöity yksilöllisiin hermoston dynamiikan. Mallin havaittavat suureet ovat fysiologisesti uskottavia ja muistuttavat läheisesti todellisia ihmismittauksia subkriittisellä ja kriittisellä alueella, osoittaen sen tehokkuuden yksilöllisen käyttäytymisen rekonstruktoinnissa suurella tarkkuudella.

Yhteenvetona tämä työ tarjoaa uusia näkemyksiä hermostollisten oskillaatioiden analyysiin eri lähestymistapojen kautta, mukaan lukien in vivo -yhteystutkimukset, laskennallinen mallintaminen, vaihesynkronisaatioverkostot ja yksittäisten hermosolmujen kriittisyyden tarkastelu. Kvantifioimalla suoraan oskillaation rytmisyyttä aivojen ajoitusmekanismien mukaisesti tutkimus laajentaa ymmärrystämme hermoston dynamiikan ja tarjoaa mahdollisia uusia keinoja aivojen tiedonkäsittelyn analysointiin.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä): https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus 

Yhteystiedot:

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52 

Zoom pikaopas: https://www.aalto.fi/fi/palvelut/zoom-pikaopas