Functional and anatomical brain networks : Brain networks during naturalistic auditory stimuli, tactile stimuli and rest. Functional network plasticity in early-blind subjects.

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-0399-4
Title: Functional and anatomical brain networks : Brain networks during naturalistic auditory stimuli, tactile stimuli and rest. Functional network plasticity in early-blind subjects.
Author: Boldt, Robert
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Institute of Biomedicine, Fysiologi
Brain Research Unit O.V. Lounasmaa Laboratory Aalto University School of Science Espoo, Finland
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Hearing is a versatile sense allowing us, among other things, to avoid danger and engage in pleasurable discussions. The ease with which we follow a conversation in a noisy environment is astonishing. Study I in this thesis used functional magnetic resonance imaging to explore the large-scale organization of speech and non-speech sound processing during a naturalistic stimulus comprised of an audio drama. Two large-scale functional networks processed the audio drama; one processed only speech, the other processed both speech and non-speech sounds. Hearing is essential for blind subjects. Anatomical and functional changes in the brains of blind people allow them to experience a detailed auditory world, compensating for the lack of vision. Therefore, comparing early-blind subjects brains to those of sighted people during naturalistic stimuli reveals fundamental differences in brain organization. In Study II, naturalistic stimuli were employed to explore whether one of the most distinguishing traits of the auditory system the left-lateralized responses to speech changes following blindness. As expected, in sighted subjects, speech processing was left-hemisphere dominant. Curiously, the left-hemisphere dominance for speech was absent or even reversed in blind subjects. In early-blind people, the senses beyond vision are strained as they try to compensate for the loss of sight; on the other hand, the occipital cortices are devoid of normal visual information flow. Interestingly, in blind people, senses other than vision recruit the occipital cortex. Additional to changes in the occipital cortex, the sensory cortices devoted to touch and hearing change. Data presented here suggested more inter-subject variability in auditory and parietal areas in blind subjects compared with sighted subjects. The study suggested that the greater the inter-subject variability of the network, the greater the experience-dependent plasticity of that network. As the prefrontal areas display large inter-subject spatial variability, the activation of the prefrontal cortex varies greatly. The variable activation might partly explain why the top-down influences of the prefrontal cortex on tactile discrimination are not well understood. In the fourth study, anatomical variability was assessed on an individual level, and transcranial magnetic stimulation was targeted at individually-chosen prefrontal locations indicated in tactile processing. Stimulation of one out of two prefrontal cortex locations impaired the subjects ability to distinguish a single tactile pulse from paired pulses. Thus, the study suggested that tactile information is regulated by functionally specialized prefrontal subareas.Anatomiska och funktionella hjärnnätverk hos seende och synskadade Hörseln är möjligen vårt viktigaste sinne. Med hjälp av hörseln kan vi bl.a. undvika faror och enkelt skilja mellan tal och oljud. I den första delen av avhandlingen fick försökspersonerna lyssna till en radiopjäs medan de undergick funktionell magnetresonanstomografi. Vi fann två olika hjärnnätverk som behandlade pjäsen. Det ena reagerade på både tal och andra ljud, medan det andra registrerade enbart tal. Synskadade klarar sig väl i vardagslivet, detta anses påvisa hjärnans förmåga att anpassa sig till begränsningar i dess normala funktion. I andra delen av avhandlingen jämfördes sedan ungdomen synskadade med seende. Det framgick att seende reagerade starkare på tal med den vänstra hjärnhalvan. Tidigt synskadade visade inga skillnader mellan hjärnhalvorna i reaktivitet till tal. Hos blinda rör det sig naturligtvis inte synintryck i syncortex. Detta medför att tidigt i livet synskadade brukar syncortex för att bearbeta hörsel- och känselintryck. Funktionell magnetresonanstomografi har möjliggjort att undersöka hur synskadade personers hjärnor förändrat sig. I tredje delen av avhandlingen påvisades att synskadade hade en större individuella skillnader i tal- och hörselcortex. Syncortex däremot hade större individuella skillnader hos seende. Det kan tyda på att ökningen av de individuella skillnaderna speglar hjärnans adaptionsmekanismer. En orsak till vår bristfälliga kunskap on frontallobens sammansättning kan ligga i de stora individuella variationerna. Vätskediffusions-MR kan påvisa anatomiska nervbanor på en individuell nivå. I avhandlingens fjärde del utvärderades anatomiska kontakter på individnivå. Sedan användes transkraniell magnetstimulering för att aktivera utvalda nervbanor mellan frontalloben och känslocortex medan vi observerade försökspersonernas förmåga att särskilja antalet känslostötar. Försökspersoner kunde inte urskilja mängden känslostötar ifall ett visst område av frontalloben stimulerades. *************************************** Sokeiden ja näkevien aivoverkot Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli selvittää aivoverkkojen ominaisuuksia levossa, sekä tunto- ja ääniärsykkeiden aikana. Tarkemmat tavoitteet olivat seuraavat: 1) Tutkia, miten luonnonmukainen ääniärsyke käsitellään näkevien ja sokeiden koehenkilöiden aivoverkoissa. 2) Tutkia toiminnallisten aivoverkkojen yksilöllisiä eroja sokeilla ja näkevillä. 3) Selvittää miten etuaivolohkon ja tuntoaivokuoren välisen hermorata-yhteyden ärsyttäminen vaikuttaa tuntoärsykkeen käsittelyyn. Kuulo on mahdollisesti tärkein aistimme. Kuuloaistin avulla mm. vältämme vaaroja ja erotamme vaivattomasti puheen ympäröivästä melusta. Tämän väitöksen ensimmäisessä osatyössä tutkittavat kuuntelivat ääninäytelmää aivojen toiminnallisen magneettikuvauksen aikana. Tutkimuksessa havaittiin kaksi erillistä ääninäytelmää käsittelevää toiminnallista aivoverkkoa. Toinen käsitteli puheääniä ja ympäristöääniä, toinen pelkästään puheääniä. Sokeat pärjäävät hyvin arkielämässä. Tätä pidetään osoituksena aivojen kyvystä paikata puuttuvaa näköaistia muovautumalla. Toisessa osatyössä tutkittiin, miten varhain sokeutuneiden aivot käsittelevät ääninäytelmää. Kun varhain sokeutuneiden koehenkilöiden aivojen toimintaa verrattiin näkevien aivojen toimintaan, paljastui, että näkevillä vasen aivopuolisko reagoi puheeseen oikeata aivopuoliskoa vahvemmin, kun taas sokeilla tämä aivopuoliskojen välinen ero ei tullut esille. Sokeilla kuuloaivokuori korvaa näköaistin puutetta, toisaalta näköaivokuorelle ei tule näköaistin tuottamia viestejä. Tästä seuraa, että varhain sokeutuneilla muut aistit valtaavat näköaivokuoren. Aivojen toiminnallinen magneettikuvaus sekä uudet analyysimenetelmät ovat mahdollistaneet sokeiden aivojen muovautumisen tutkimisen. Tässä väitöskirjatyössä käytettiin uusia analyysimenetelmiä sokeiden ja näkevien aivokuoren toiminnan muovautumisen tutkimiseen. Osoitimme, että sokeilla oli näkeviä enemmän yksilöllistä vaihtelua puhe- ja kuuloaivokuoren toiminnassa. Näköaivokuoren toiminnassa sokeilla oli vähemmän yksilöllistä vaihtelua kuin näkevillä. Päättelimme, että yksilöllisen vaihtelevuuden lisääntyminen oli osoitus sokeuden seurauksena tapahtuneesta aivojen muovautumisesta. Yhtenä syynä etuaivolohkon järjestäytymisen puutteelliseen tuntemiseen voi olla etuaivolohkon toiminnan suuri yksilöllinen vaihtelevuus. Diffuusiopainotteinen aivokuvantaminen yhdistettynä traktografiaan paljastaa anatomisia hermoratayhteyksiä yksilötasolla. Neljännessä osatyössä arvioimme näitä menetelmiä käyttäen tuntoaivokuoren ja etuaivolohkon anatomisia yhteyksiä yksilötasolla, ja ärsytimme näitä kohteita käyttäen nk. transkraniaalista magneettistimulaatiota (TMS). Kun otsalohkon toimintaa näin häirittiin yksilöllisesti tarkasti suunnatulla TMS pulssilla, tutkittavien kyky eritellä tuntopulssien määrää häiriintyi. Työ osoitti, että otsalohkon etuosa säätelee tuntoaivokuoren toimintaa.
URI: URN:ISBN:978-951-51-0399-4
http://hdl.handle.net/10138/144120
Date: 2014-12-11
Subject: neurovetenskap
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
function.pdf 1.678Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record