S ysteemianalyysin Laboratorio Teknillinen korkeakoulu Esitelmöijän nimi Systeemitieteiden kandidaattiseminaari – Syksy/Kevät 200X Dynaamiset kausaaliset mallit aivojen tutkimuksessa (Aihe-esittely) Ilmari Pärnänen Ohjaaja: prof. Jouko Lampinen Valvoja: prof. Ahti Salo

S ysteemianalyysin Laboratorio Teknillinen korkeakoulu Esitelmöijän nimi Systeemitieteiden kandidaattiseminaari – Syksy/Kevät 200X Mind and Brain Lab  Osa Lääketieteellisen tekniikan ja laskennallisen tieteen laitosta (BECS)

S ysteemianalyysin Laboratorio Teknillinen korkeakoulu Esitelmöijän nimi Systeemitieteiden kandidaattiseminaari – Syksy/Kevät 200X Aivojen aktivaatioverkko  Alimman tason alueet aktivoituvat ärsykkeistä  Informaatio etenee aktivaatioverkkoa pitkin ylemmälle tasolle  Myös ylempi taso voi aktivoida alempaa (esimerkiksi keskittyminen)

S ysteemianalyysin Laboratorio Teknillinen korkeakoulu Esitelmöijän nimi Systeemitieteiden kandidaattiseminaari – Syksy/Kevät 200X Aktivaatioverkon tutkiminen  Aikaisemmissa tutkimuksissa –Käytetty keinotekoisia ärsykkeitä –Tutkittu aivojen eri osien korrelaatiota  Meitä kiinnostaa –Luonnollisen kaltaista tavoittelevat ärsykkeet –Tutkia korrelaation sijaan kausaalisuutta eli syy- ja seuraussuhteita

S ysteemianalyysin Laboratorio Teknillinen korkeakoulu Esitelmöijän nimi Systeemitieteiden kandidaattiseminaari – Syksy/Kevät 200X Ärsykeympäristö  Keinotekoisia ärsykkeitä ovat esimerkiksi tietyntaajuiset äänet tai tietynmuotoiset kuvat (yksinkertaisia)  Mittaustilanteessa koehenkilöä on vaikeaa saada käyttäytymään luonnollisesti  Käytetään ärsykkeenä elokuvapätkiä, joissa on dominoitu tutkittavaa ominaisuutta (monimutkaisia)

S ysteemianalyysin Laboratorio Teknillinen korkeakoulu Esitelmöijän nimi Systeemitieteiden kandidaattiseminaari – Syksy/Kevät 200X Mittaukset  Functional magnetic resonance imaging (fMRI) –Käytetään mittaamaan aivojen verisuonten happitasoa  Aktivaatio aivoalueessa => Reaktio kuluttaa happea => Aivoalueesta ulos virtaava veri vähähappisempaa => Muutos havaitaan fMRI:llä

S ysteemianalyysin Laboratorio Teknillinen korkeakoulu Esitelmöijän nimi Systeemitieteiden kandidaattiseminaari – Syksy/Kevät 200X Kausaalisuus  Tällä hetkellä aivotutkimuksessa valloilla kaksi eri lähestymistapaa kausaalisuuteen –Granger-kausaalisuus (GCM) Mallivapaa Voidaan tutkia vain kahden välistä riippuvuutta –Dynaaminen kausaalisuus (DCM) Vahvasti malliriippuvainen Mallin tavoitteena kuvata kaikki systeemin riippuvuussuhteet

S ysteemianalyysin Laboratorio Teknillinen korkeakoulu Esitelmöijän nimi Systeemitieteiden kandidaattiseminaari – Syksy/Kevät 200X Granger-kausaalisuus (GCM)  Aikasarja X Granger-aiheuttaa aikasarjan Y, jos X:n menneisyydellä voidaan ennustaa Y:n tulevaisuutta –Yleensä tutkitaan X:n menneisyyttä F-testien avulla  Menetelmän alkuperä ekonometriassa –Clive Grangerille myönnettiin taloustieteen Nobel 2003

S ysteemianalyysin Laboratorio Teknillinen korkeakoulu Esitelmöijän nimi Systeemitieteiden kandidaattiseminaari – Syksy/Kevät 200X Dynaaminen kausaalisuus (DCM)  Sovitetaan differentiaaliyhtälö annettuun dataan  Matriisit A, B ja C sisältävät mallin parametrit –Estimoidaan käyttäen Bayesin teoreemaa

S ysteemianalyysin Laboratorio Teknillinen korkeakoulu Esitelmöijän nimi Systeemitieteiden kandidaattiseminaari – Syksy/Kevät 200X Bayesin teoreema  Olkoon tapahtumalla A prioritodennäköisyys P(A)  Tapahtuu B, jolla on riippuvuussuhde A:han  Priori on korvattava posteriorilla P(A|B), joka on Bayesin kaavan perusteella

S ysteemianalyysin Laboratorio Teknillinen korkeakoulu Esitelmöijän nimi Systeemitieteiden kandidaattiseminaari – Syksy/Kevät 200X Lähteet  Tietolähteinä pääasiassa professori Karl Fristonin artikkelit aiheesta ”Dynamic causal models”  Malliaineistona Mind and Brain Labin fMRI-mittaukset koehenkilöille luonnollisen kaltaisissa mittauksissa (elokuvapätkät)

S ysteemianalyysin Laboratorio Teknillinen korkeakoulu Esitelmöijän nimi Systeemitieteiden kandidaattiseminaari – Syksy/Kevät 200X Tavoitteet  Selvitetään olemassa olevien GCM- ja DCM-työkalujen soveltuvuutta tutkimukseen  Lopullisena tavoitteena kausaalinen malli aivojen aktivaatioverkosta (eli mitkä aivoalueet aktivoituvat toisistaan ja mitkä ärsykkeistä)

S ysteemianalyysin Laboratorio Teknillinen korkeakoulu Esitelmöijän nimi Systeemitieteiden kandidaattiseminaari – Syksy/Kevät 200X Aikataulu  5/2010 Aiheeseen tutustuminen  Kesä 2010 Töitä mallien parissa  Elokuu 2010 Kandityö valmis