Lyhytkestoisten vaihekorrelaatioiden aikataajuusanalyysi sähköfysiologisille signaaleille - sovellus kehittyvässä keskushermostossa tehtyihin mittauksiin

Luonnontieteissä on usein tarpeellista selvittää ovatko kaksi mitattua signaalia jollain tavalla toisistaan riippuvaisia. Tämä riippuvaisuus voi myös olla rajoittunut tietylle tai tietyille taajuuskaistoille, jolloin signaalien ajatellaan koostuvan oskillaatioista ja niiden keskinäinen riippuvaisuus voi ilmentyä oskillaatioiden vaihekorrelaatioina. Perinteisesti signaalin esitys taajuustasossa saadaan sen Fourier-muunnoksella, mikä mahdollistaa myös kahden signaalin välisen vaihekorrelaation arvioimisen taajuuden funktiona. Vaihekorrelaatio voidaan myös arvioida (aikatasossa) korrelaatiofunktioilla, mutta sekä Fourier- että korrelaatioanalyyseihin perustuvat menetelmät olettavat signaalin olevan ajasta riippumaton. Luonnolliset, kuten esim. aivoista mitattavat signaalit ovat kuitenkin käytännössä aina voimakkaasti ajasta riippuvaisia ja oskillaatiojaksot voivat olla hyvinkin Iyhyitä. Signaalin aika- ja taajuusinformaatio voidaan myös esittää yhtäaikaisesti ns. aallokeanalyysillä, jolloin paikannustarkkuutta aika-taajuustasossa rajoittaa ainoastaan ajan ja taajuuden (kvanttimekaniikasta tuttu) epämääräisyysperiaate. Diplomityön teoreettisessa osassa on luotu menetelmä, jolla Gabor-aallokkeita käyttäen voidaan arvioida kahden signaalin välinen vaihekorrelaatio sekä ajan että taajuuden funktiona. Tätä menetelmää laajennetaan sisältämään myös taajuuskaistojen välisten vaihekorrelaatioiden aikataajuusanalyysi. Viime vuosina on havaittu, että hermosoluverkkojen oskillaatioilla ja erityisesti näiden oskillaatioiden vaihekorrelaatioilla saattaa olla keskeinen tehtävä keskushermoston toiminnassa. Eri tyyppisten oskillaatioiden solu- ja hermoverkkotason mekanismien selvittäminen onkin saanut laajaa huomiota. Tämän diplomityön kokeellinen osuus aloitetaan hermosolujen sähkökemiallisten toimintaperiaatteiden kuvauksella. Oskillaatioista kehittyvässä keskushermostossa on toistaiseksi tiedetty hyvin vähän - varhaisessa (syntymänjälkeisessä) kehitysvaiheessa hermoston biosähkökemialliset mekanismit ovat hyvin erilaiset kuin aikuisessa hermostossa. Diplomityön kokeellisessa osuudessa tehtiin mikroelektrodimittauksia vastasyntyneen rotan aivoleikkeistä. Mitattuja, spontaanisti toistuvia oskillaatioryöppyjä tarkasteltiin mm. aikataajuusanalyysin keinoin ja niiden biosähkökemialliset mekanismit hermosoluverkko-tasolla selvitettiin. Tässä työssä löydetyt Iyhytkestoiset oskillaatiot saattavat ohjata hermosoluverkkojen erittäin tarkkaa kehittymistä ja järjestäytymistä. Aikaisempiin havaintoihin verrattuna, kuvatut nopeat oskillaatiot mahdollistavat kaksi tai kolme kertaluokkaa nopeampien mekanismien toiminnan