Tuunanen Pasi (FM) 15.12.2006

Luonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunta

Lääketieteellinen fysiikka

Sensory Processing by Functional MRI: Correlations with MEG and the Role of Oxygen Availability (Tuntoärsykkeiden toiminnallinen magneettikuvantaminen: vertailu magnetoenkefalografiaan ja hapen saatavuuden merkitys signaaliominaisuuksiin)

Vastaväittäjä: Professori Leif Ostergaard, Center for Functinally Integrative Neuroscience, Aarhus University Hospital, Tanska
Kustos: Professori Risto Kauppinen, The University of Birmingham, Englanti


Väitöskirjan tiivistelmä:


Hapen saatavuus aiheuttaa voimakkaita muutoksia toiminnallisen magneettikuvantamisen (fMRI) signaalissa

Toiminnallinen magneettikuvantaminen (fMRI) on tämän päivän kognitiivisen neurotieteen tärkeimpiä tutkimusmenetelmiä. Etenkin veren happisaturaatioon perustuva niin kutsuttu BOLD fMRI on saavuttanut tärkeän jalansijan neurotieteessä. Toisaalta viime aikoina on alettu yhdistää useampia eri kuvantamismenetelmiä aivotoiminnan tutkimuksissa.

Väitöskirjassa on tutkittu hapen saatavuuden vaikutusta fMRI signaaleihin sekä verrattu magnetoenkefalografian (MEG) ja fMRI:n tuottamien signaalien ominaisuuksia. Alentunut happitaso aiheutti voimakkaita muutoksia fMRI signaaleihin, jotka lisäksi osoittivat happiaineenvaihdunnan heterogeenisyyttä näköaivokuorella. Saadut löydöt antavat uutta tietoa toiminnallisen magneettikuvantamisen fysiologisista perusmekanismeista ja viittaavat hermovälittäjäaineiden osallistuvan aivoverenkierron säätelyyn.

Väitöskirjatyössä mitattiin aivotoimintaa useilla eri fMRI-menetelmillä motorisella ja näköaivokuorella terveissä koehenkilöissä. Hapen saatavuuden vaikutusta tutkittiin alentamalla hengitysilman happipitoisuus 12 %, mikä vastaa noin 4000 metrin korkeusolosuhteita. Aivoverenvirtaus lepotilassa ei muuttunut alhaisen happipitoisuuden takia. Liikeaivokuorella aivojen verenvirtauksen muutos motorisen tehtävän aikana oli yhtä suuri kummassakin koetilanteessa. BOLD fMRI signaalin koko ei muuttunut, mutta sen sijaan aktivoitunut aivoalue oli kooltaan pienempi. Myös verenvirtauksen muutos motorisen tehtävän aikana ilmeni pienemmällä alueella kun hapen saatavuutta oli rajoitettu.

Näköaivokuoren toiminta muuttuu matalan happitason aikana

Näköaivokuoren toimintaa tutkittiin useilla fMRI menetelmillä, jotka mahdollistavat happiaineenvaihdunnan mittaamisen. Tulokset osoittavat, että verenkierron ja happiaineenvaihdunnan muutokset tapahtuvat osittain eri alueilla näköaivokuorella tilanteessa, jossa veren happitaso on matala. BOLD fMRI vasteen suuruus ei muuttunut, mutta vaste oli havaittavissa pienemmällä alueella kuin kontrolliolosuhteiden aikana. Näköärsykkeen aikaansaama verenkierron vaste oli voimakkuudeltaan ja laajuudeltaan veren happitasosta riippumaton. Matalan happitason seurauksena happiaineenvaihdunta oli epätasainen sillä näkökuoren alueella, jolla vilkkuvaloärsyke sai aikaan verenkierron vilkastumisen.

Väitöskirjassa tutkittiin myös MEG ja BOLD fMRI:n vasteita tuntoärsykkeelle, jonka kestoa ja ajallista tiheyttä vaihdeltiin kokeen aikana. Menetelmät ilmaisivat aktivoituneen aivoalueen yhtenevästi mutta MEG-vaste oli suurempi kuin BOLD fMRI vaste harvempaa ärsykettä käytettäessä.

Väitöskirjan tulokset antavat uutta tietoa fMRI:n fysiologisista mekanismeista. Hapen saatavuuden merkitys verenkiertovasteen säätelyssä osoitettiin tutkimuksessa ennalta arvattua pienemmäksi. Tämä vahvistaa epäsuorasti käsitystä, jonka mukaan hermovälittäjäaineet ovat osallisina verenkiertovasteen säätelyssä. Tulokset osoittavat, että aivojen toiminta on turvattu matalahappisissa olosuhteissa. Verenkiertovaste on ylenmääräinen hermoston todelliseen happitarpeeseen nähden.


Kuopion yliopiston julkaisuja G. A.I.Virtanen -insitituutti. ISBN 951-27-0608-3


Kuopion yliopisto
Viestintä
tiedotus_at_uku.fi