Esileht > ajuteadus, inimlikud postitused, noorele teadlasele > Tükike minu uurimistööst

Tükike minu uurimistööst

See ajaveeb on teadvusest ja seetõttu ei kirjuta ma siin eriti iseenda elust ja uurimistööst. Kuid kuna mitmed lugejad on mult pärinud, millega ma ise tegelen, ja kuna praegu on mu töö põhjuseks, miks ma siia ajaveebi pole mõnda aega ühtegi postitust lisanud, siis ma kirjutan vähemalt ühe lühikokkuvõtte sellest, mille peale mu igapäevane aeg kulub.

Koos Talis Bachmanniga viisime aastal 2007-2008 läbi kaks EEG eksperimenti, milles näitasime, et teadvustamine võib olla seotud väga varajaste neurokorrelaatidega ja et eesmärkobjekti teadvustamine võib sõltuda talle järgneva maskeeriva objekti teadvustamise tugevusest. EEGga saab teha huvitavaid uuringuid, kuid enamasti jääb EEG puhul alati õhku küsimus – „mida me siis ikkagi mõõdame?“. Sellel küsimusel on kaks osa. Esiteks, kui elektroodil X on mingi huvitav aktiivsus, siis kust see aktiivsus ajus tuleb? Probleem on selles, et EEG mõõdab ainult piisavalt tugevaid aktiivsusallikaid, kuid piisavalt tugevad aktiivsusallikad on mõõdetavad iga elektroodi pealt – nad pole niisama lihtsalt ruumis lokaliseeritavad (aga vaata hiljutist postitust ühe uue analüüsimeetodi kohta, mis seda viga parandada üritab). Teiseks, kui me teeme EEG’le spektraalanalüüsi, siis on raske öelda, mida üks või teine komponent tegelikult tähendab. See on seotud esimese punktiga – mingilt elektroodilt mingit sageduskomponenti (nt gamma-aktiivsust) mõõtes ei tea me tegelikult, kus see sageduskomponent ajus genereeritud on. Kuid sel punktil on ka teine ja iseseisev külg: EEGs mõõdetavad sageduskomponendid ei pruugi esindada ajus tõepoolest eksisteerivaid sageduskomponente. See tähendab, et EEGs võime leida sageduskomponente, milliseid ajus tegelikult ei eksisteerigi (ja mis tekivad EEGs mitmete erinevate allikate kokkusulamisel) ja võime mitte leida sageduskomponente, mis ajus eksisteerivad. Kokkuvõtlikult: EEG aktiivsuse põhjal on raske öelda midagi aktiivsuse allika kohta ja EEG sageduskomponentide põhjal on ehk ekslik midagi öelda selle kohta, kuidas aju töötab.

See kõik motiveeris mind liikuma EEGst edasi või antud juhul oleks täpsem öelda: sügavamale. Oma doktoritöös tegelen ma andmetega, mis on kogutud inimaju seest. Sel juhul pole elektroodid mitte kinnitatud kolba peale, vaid kolba alla – otse ajukoore peale – või siis suisa otse aju sisse. Pärast selle fakti mainimist kutsun ma alati kõiki kuulajaid minu katsetes osalema … ja pärast seda, kui nad mind õudusega vaatavad ja mõni püsti tõuseb, et loengust lahkuda, mainin ma, et tegu oli muidugi vaid lolli naljaga. Tegelikult tulevad mu andmed epilepsiapatsientidelt. Nimelt ei ole epilepsiavastased medikamendid mõnede patsientide puhul piisavad – hoolimata rohtudest kogevad nad tihtipeale epilepsiahooge, mis võivad (näiteks autosõidu ajal juhtudes) olla ohtlikud nii iseendale, ligimestele kui ka kaaskodanikele. Sellisel juhul aitab ajuoperatsioon – epileptiline ajupiirkond tuleb ajust eemaldada. Kuid muidugi on esmatähtis ajust eemaldada ainult võimalikult pisike tükike (muidu vabaneb patsient küll epilepsiast, aga ehk ka võimest uusi mälusisusid talletada). Seetõttu üritatakse epilepsiafookus võimalikult täpselt lokaliseerida. Ja just seetõttu paigaldatakse elektroodid ajju ja otse ajukoore peale – nende abil on võimalik epilepsiakeskus tuvastada, et see siis operatsiooni abil ajust eemaldada. Suure enamuse patsientide puhul see lähenemine tõepoolest vabastab nad epilepsiast. Muuseas, see, et epilepsiafookuse tuvastamiseks kasutatakse ajusiseseid elektroode näitab juba iseenesest, et EEG abil pole võimalik ajuaktiivsuse allikaid tuvastada – kuna elektroodide ajjusisestamise operatsioon on otse loomulikult riskantne, siis kasutaksid kõik epilepsiakeskused operatsiooni mittevajavat EEGd või MEGd … kuid need meetodid lihtsalt ei ole ajuaktiivsuse lokaliseerimises täpsed.

Kas need ajusisesed elektroodid on siis aktiivsuse asukoha suhtes täpsemad? Ja, kindlasti on. Elektroodid on üksteisest nii umbes sentimeetrise vahega ja mõõdavad vahetevahel täiesti sõltumatut aktiivsust (näiteks siis, kui nende vahel on aju vagu). Seega, kui näidata patsiendile pilti inimnäost, siis üks elektrood annab tohutu vastuse, kuid tema naaberelektroodid võivad olla küllaltki vaiki. Midagi taolist ei juhtu koljule paigaldatavas EEGs kunagi – ühte ja sama aktiivsust on võimalik suuremal või vähemal määral mõõta mitte ainult elektroodi naaberelektroodidelt, vaid pea kõigilt elektroodidelt. Niisiis on ajusisesed elektroodid tõepoolest ruumiliselt palju tundlikumad.

Kuid palju üllatavam minu jaoks oli see, missugust aktiivsust ma nendelt ajusisestelt elektroodidelt leidsin. Näiteks kui elektrood asus otse selle ajukoore osa peal, mis töötleb visuaalset sisendit, ja ma näitasin patsiendile fotosid, siis sellelt elektroodilt oli näha selge aktiivsusmuutus aeglasematelt suurema amplituudiga lainetelt kiirematele väiksema amplituudiga lainetele. Täpsemalt: umbes 100 ms pärast foto esitamist arvutiekraanil oli sellelt elektroodilt mõõdetav kiirelt ülikiirelt üles-alla muutuv (justkui võnkuv) potentsiaal. Ja see aktiivsus oli täitsa näha iga üksiku katsekorra peal – tavaliselt EEGs peame selliste kõrgete sageduskomponentide usaldusväärseks kättesaamiseks keskmistama vähemalt 60 katsekorda. Mis aktiivsus see on? Tulles EEG-uuringutest olin väga üllatunud, sest tehes sellele aktiivsusele aeg-sagedus-transformatsiooni (st, lahutades aegseeria tema ajas-muutuvateks sageduskomponentideks), ilmnes tohutu aktiivsus, mis hõlmas kogu sagedusriba 50-200 Hz. Ma polnud kunagi varem midagi taolist näinud. EEGs pole sellist aktiivsust (seni) kunagi kirjeldatud. Seega leiab kinnitust alguses esitatud väide, et EEGs jäävad teatud ajuaktiivsused mõõtmata (st seniste EEG-uuringute põhjal poleks ma osanud järeldada, et selline aktiivsus ajus üldse eksisteerib).

Aga mis aktiivsus see ikkagi on? Aeg-sagedus-analüüsis hõlmab ta küll sagedusribasid 50-200 Hz, kuid kas tegu on tõepoolest võnkuva aktiivsusega? Ma hakkasin selles kahtlema, sest tavaliselt peetakse võnkumiste all silmas mingeid küllaltki piiritletud sagedusribas toimuvaid protsesse (nt sagedusribas 8-12 Hz või 30-50 Hz) – mina mõõtsin ja nägin midagi hoopis muud. Kirjandust uurides selgus, et seda aktiivsust tuntakse pigem vähe, kuid et on väga hästi põhjendatud hüpoteese, et see aktiivsus väljendab sugugi mitte rütmilist võnkumist, vaid lihtsalt neuronite laenglemist („firing rate“). See on väga põhjapanev hüpotees, sest see tähendab, et suur osa diskussioonist „gamma-võnkumised“ versus „neuronite laenglemine“ on eksitav – teatud osa „gamma-võnkumist“ uurivatest artiklitest uurib tegelikult ka neuronite laenglemist. Muidugi on tegu vaid hüpoteesiga, kuid talle on väga veenvaid tõendusmaterjale. Siiski, hetkel on teaduse inertsi tõttu veel populaarne võnkumis-hüpotees. Ajusisestel elektroodidel põhinevat erialakirjandust sirvides võib leida mitmeid ja mitmeid näiteid, kus pole vähimatki kahtlust, et tegu on täpselt sama aktiivsusega, mida mina oma elektroodidelt mõõdan, kuid kus autorid nimetavad seda aktiivsust „gamma võnkumiseks“. Ma arvan, et praeguste tulemuste ja teadmiste valguses tuleb seda nimetust pidada vähemalt eksitavaks, sest on vähemalt võimalik, et see aktiivsus ei väljenda üldse võnkumisi. Korrektne oleks rääkida „gamma-sagedusriba aktiivsusest“, sest see termin ei väljendaks midagi võnkumiste kohta, vaid mainiks ainult, et see aktiivsus on mõõdetav 50-200+ aktiivsusribas.

Kuna olen nüüd piisavalt lugeja aega kulutanud, siis võtan lühidalt kokku selle, mille peale mu aeg siin kulub. Nagu lugeda võis, uurin ma inimaju seest mõõdetud andmeid, olen neist väga üllatunud ja pean nüüd nende tõttu mitmeid oma seniseid teadmiseid ümber hindama ja korrastama. Samuti üritan ma täpsemalt aru saada, mis seal ajus ikkagi siis toimub. Mida see imelik aktiivsus ikkagi tähendab ja tähistab? Millised eksperimentaalsed manipulatsioonid muudavad ja mõjutavad seda aktiivsust? See, et ehk polegi tegu kurikuulsa gamma-võnkumisega mind väga ei morjenda: see oleks väga huvitav, kui me tõepoolest saame nõndamoodi kaudselt mõõta neuronite laenglemist. Ilmselt on see põhimõtteliselt tehtav ka EEGs, niipea kui me teame, mida sealt täpselt otsida.

  1. jaanaru
    veebruar 9, 2011, 2:12 p.l.

    toon kaks näidet headest töödest, milles juba pealkirjas seisab “gamma-võnkumised”, ehkki see võib olla eksitav (või lausa vale) – http://www.jneurosci.org/cgi/content/abstract/30/26/8780 ja http://cercor.oxfordjournals.org/content/15/5/654.abstract

  2. jaanaru
    veebruar 20, 2011, 8:49 p.l.

    mulle anti märku, et viited meie 2009. aasta töödele ei vii vastavate failideni. see viga on nüüd parandatud ja artiklid on taas kättesaadavad.

  3. jaanaru
    aprill 23, 2011, 9:03 e.l.

    panen siia huvitatute jaoks kõige olulisemad tõendusmaterjalid selle kohta, et see 50-200 Hz (ja kõrgemalt) mõõdetav spektraalaktiivsus ei ole mitte gamma-võnkumine, vaid ilmselt väljendab neuronite laenglemist (firing rate):
    Manning jt., 2009 J Neuro – http://www.jneurosci.org/content/29/43/13613.full
    Miller, 2009 J Neuro (kommentaar Manning jt tööle) – http://neuro.cjb.net/content/30/19/6477.full
    Ray ja Maunsell, 2011 Plos Biology – http://www.plosbiology.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pbio.1000610

  1. No trackbacks yet.

Lisa kommentaar

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Muuda )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Muuda )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Muuda )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Muuda )

Connecting to %s