Aivotutkimusta elokuvan avulla

Tutkin väitöskirjassani, mitä aivoissa tapahtuu elokuvan katselemisen aikana. Elokuvat synnyttävät katsojan aivoissa monitasoisia, esimerkiksi aistihavaintoihin, kognitioon tai tunteisiin liittyviä prosesseja, ja siten tarjoavat kiinnostavia mahdollisuuksia aivotoiminnan tutkimiselle. Samalla saamme ymmärrystä siitä, kuinka aivomme toimivat jokapäiväisessä toimintaympäristössämme, jossa kohtaamme monenlaisia ärsykkeitä ja vuorovaikutustilanteita.

Mittasimme koehenkilöiden aivojen toimintaa heidän istuessaan magnetoenkefalografialaitteessa (MEG) ja katsellessa elokuvaa. Magnetoenkefalografialla pystytään mittaamaan aivotoiminnan synnyttämiä magneettikenttiä jopa millisekuntien tarkkuudella, ja siten voidaan tutkia hyvin nopeita muutoksia aivotoiminnassa. Sekä elokuvan synnyttämä aivotoiminta että mitatut signaalit ovat kuitenkin hyvin monimutkaisia, ja kiinnostavan informaation löytäminen suuresta määrästä mittausdataa on haastavaa. Tämän vuoksi väitöskirjassani kehitettiin ja sovellettiin koneoppimiseen perustuvia uudenlaisia lähestymistapoja ja menetelmiä mittausten analysoimiseksi.

Synkroniaa katsojien välillä

Kuinka samalla tavalla eri ihmiset näkevät saman elokuvan? Eräs tutkimukseni keskeisistä kysymyksistä oli selvittää, kuinka samankaltaista eri henkilöiden aivotoiminta oli heidän katselleessaan samaa elokuvaa. Tulokset osoittivat, että tietyt aivojen osat toimivat ajallisesti tarkasti synkroniassa eri koehenkilöillä. Tällaisia aivoalueita olivat mm. varhaiseen näköhavaintojen käsittelyyn, motoriseen toimintaan ja kognitioon liittyvät aivojen osat.

Kosketuksen katsominen näkyy aivoissa

Selvitimme elokuvan avulla myös, mitä aivoissa tapahtuu toisen henkilön tuntoaistimuksia katsellessa. Huomasimme, että koehenkilöiden tuntoaivokuoren toiminta muuttui elokuvan sisällön kanssa samaan tahtiin, kun elokuvan kohtauksissa esiintyi tuntoaistiin liittyviä ilmiöitä. Tällaisissa elokuvakohtauksissa elokuvan päähenkilö esimerkiksi liukui käsiensä varassa pitkin kallionseinämää tai tunnusteli rannalta keräämiään kiviä.

Uusia lähestymistapoja aivotutkimukseen

Tulosten perusteella voidaan sanoa, että elokuvan katsominen synnyttää katsojien välillä tarkasti synkronoitunutta aivotoimintaa, ja että elokuvan sisältö korreloi katsojan aivotoiminnan kanssa tietyillä aivoalueilla. Tutkimuksen myötä saatiin myös uusia analyysimenetelmiä monimutkaisten aivosignaalien analyysiin. Näitä menetelmiä voidaan tulevaisuudessa soveltaa myös muissa koeasetelmissa, esimerkiksi puheen kuuntelemisen aikana kerätyn mittausdatan analyysissä.

Kaisu Lankisen väitöskirja ”Dynamics of brain activity during movie viewing (Aivokuoren dynamiikka elokuvan katselun aikana)” tehtiin Aalto yliopistossa, Neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitoksella, ja tarkastettiin tammikuussa 2018. Hän sai Tekniikan edistämissäätiöltä apurahaa jatko-opintoihin ja väitöskirjan viimeistelyyn vuonna 2017. Tällä hetkellä kirjoittaja työskentelee post doc -tutkijana Kalifornian yliopistossa Berkeleyssä.

Elektroninen väitöskirja: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-7807-6