Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Opetusnäyte 9.4. 2002 Christina M. Krause

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Luento: Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Kurssi: Kognitiivinen neurotiede 4 ov Yleisö: 2-4. vuosikurssin kognitiotieteen opiskelijat

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Kurssin sisältö Johdanto kognitiiviseen neurotieteeseen Aivojen biologiset mekanismit kognitiivisten prosessien mahdollistajana Aivojen toiminnan tutkimusmenetelmät, mitä ja miten ne mittaavat EEG, MEG, fMRI, PET Mitä tiedetään kognitiivisten prosessien neuraalisesta taustasta Kognitiivisen neurotieteen mielenkiinnon kohteet ja sovellukset Esim. tajunnan ja tietoisuuden tutkimus, aivokäyttöliittymät Kurssin arviointi

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Tämän luennon tavoitteet ymmärtää aivojen sähköisen signaalin monimuotoisuus tutustuttaa tämän signaalin erääseen tarkastelumahdollisuuteen valottaa aivojen sähköisen taustatoiminnan merkitystä kognitiivisessa prosessoinnissa

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Kurssilla on jo käsitelty aivot toimivat bioelektrokemiallisesti tämä tuottaa sähköä voidaan mitata (EEG/MEG) heijastaa aivojen toimintaa

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Elektrodit

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Elektrodit Aika

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Aivojen sähköinen taustatoiminta on kaoottista Yleensä signaali keskiarvoistetaan suhteessa äsykkeisiin (herätevasteet) ja oletetaan, ettei taustatoiminnalla (”noise”) ole ”merkitystä” Mutta tässä taustatoiminnan kaaoksessa on järjestys ja sillä on merkitys – ns. roskasta löytyy jotain...

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Uusilla signaalinkäsittelymenetelmillä voidaan EEG/MEG signaali purkaa ”osiin” Kaoottinen signaali koostuu useammasta samanaikaisesta eri taajuudella värähtelevästä toiminnasta Värähtelevä = nollapisteen ympärillä oskilloiva (pyörivä) toiminta

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Alkuperäinen signaali ”Delta” Taajuus (Hz) ”Theta” ”Alfa-1” ”Alfa-2” ”Beta” Aika (s)

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Yksi elektrodi 40 30 20 10 1 ”Gamma” ”Beta” ”Alfa-2” ”Alfa-1” ”Theta” ”Delta” Taajuus (Hz) 0 250 500 750 1000 1250 1500 Aika (ms)

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Eri taajuudet syntyvät osittain eri aivoalueilla Gamma (~40 Hz) – eri aivoalueiden toiminnan yhteensitominen Beta (~20 Hz) motorisella aivokuorella – liikkeet, niiden kuvittelu ja katseleminen Alfa (~7-15 Hz) talamokortikaalisesti – tarkkaavaisuus, semanttinen muisti, emootiot ~1-6 Hz (delta ja theta) hippokampuksessa – uuden informaation koodaaminen q d

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Eri taajuudet syntyvät osittain eri aivoalueilla Gamma (~40 Hz) – eri aivoalueiden toiminnan yhteensitominen Beta (~20 Hz) motorisella aivokuorella – liikkeet, niiden kuvittelu ja katseleminen ~7-15 Hz (alfa) talamokortikaalisesti – tarkkaavaisuus, semanttinen muisti, emootiot ~1-6 Hz (delta ja theta) hippokampuksessa – uuden informaation koodaaminen a q d

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Eri taajuudet syntyvät osittain eri aivoalueilla Gamma (~40 Hz) – eri aivoalueiden toiminnan yhteensitominen ~20 Hz (beta) motorisella aivokuorella – liikkeet, niiden kuvittelu ja katseleminen ~7-15 Hz (alfa) talamokortikaalisesti – tarkkaavaisuus, semanttinen muisti, emootiot ~1-6 Hz (delta ja theta) hippokampuksessa – uuden informaation koodaaminen b a q d

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Eri taajuudet syntyvät osittain eri aivoalueilla ~40 Hz (gamma) – eri aivoalueiden toiminnan yhteensitominen ~20 Hz (beta) motorisella aivokuorella – liikkeet, niiden kuvittelu ja katseleminen ~7-15 Hz (alfa) talamokortikaalisesti – tarkkaavaisuus, semanttinen muisti, emootiot ~1-6 Hz (delta ja theta) hippokampuksessa – uuden informaation koodaaminen b a q d

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Seuraavaksi esimerkki siitä, mitä aivojen sähköisellä taustatoiminnalla voidaan tutkia Eroavatko (vokaalien) kirjainten, äänteiden, puhuvien kasvojen ja liikkuvien kasvojen muistiinpainaminen ja haku toisistaan, ja jos niin miten?

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Sternbergin (1966) muistiparadigma 1 2 3 4 5

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit 40 30 20 10 1 Muistiin- painaminen Muistista haku 40 30 20 10 1 0 250 500 750 1000 1250 1500 Kirjaimet

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit 40 30 20 10 1 Muistiin- painaminen Muistista haku 40 30 20 10 1 0 250 500 750 1000 1250 1500 Kirjaimet Äänet

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit 40 30 20 10 1 Muistiin- painaminen Muistista haku 40 30 20 10 1 0 250 500 750 1000 1250 1500 Kirjaimet Äänet Puhuvat kasvot

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit 40 30 20 10 1 Muistiin- painaminen Muistista haku 40 30 20 10 1 0 250 500 750 1000 1250 1500 Kirjaimet Äänet Puhuvat kasvot Liikkuvat kasvot

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit 40 30 20 10 1 Muistiin- painaminen Muistista haku 40 30 20 10 1 0 250 500 750 1000 1250 1500 Kirjaimet Äänet Puhuvat kasvot Liikkuvat kasvot Muistiinpainaminen ja muististahaku aiheuttavat erilaiset vasteet aivojen sähköisessä taustatoiminnassa Visuaalisen ja auditiivisen informaation muistiinpainamisen erot – 10 ja 20 Hz Kasvojen muistiinpainaminen muistuttaa auditiivista muistiinpainamista

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Aivojen sähköisen taustatoiminnan avulla voidaan tutkia käytettyä muististrategiaa, joka saattaa olla osittain riippumaton ärsykkeiden esittämistavasta Tiedämme vielä hyvin vähän siitä, miten tieto (muisti) on varastoitunut aivoihimme

Aivojen sähköinen taustatoiminta ja kognitiiviset prosessit Tämän luennon tavoitteet olivat ymmärtää aivojen sähköisen signaalin monimuotoisuus tutustuttaa tämän signaalin erääseen tarkastelumahdollisuuteen valottaa aivojen sähköisen taustatoiminnan merkitystä kognitiivisessa prosessoinnissa