Towards Optimal Testing of Auditory Memory : Methodological development of recording of the mismatch negativity (MMN) of the auditory event-related potential (ERP)

The overlapping sound pressure waves that enter our brain via the ears and auditory nerves must be organized into a coherent percept. Modelling the regularities of the auditory environment and detecting unexpected changes in these regularities, even in the absence of attention, is a necessary prerequisite for orientating towards significant information as well as speech perception and communication, for instance. The processing of auditory information, in particular the detection of changes in the regularities of the auditory input, gives rise to neural activity in the brain that is seen as a mismatch negativity (MMN) response of the event-related potential (ERP) recorded by electroencephalography (EEG). --- As the recording of MMN requires neither a subject s behavioural response nor attention towards the sounds, it can be done even with subjects with problems in communicating or difficulties in performing a discrimination task, for example, from aphasic and comatose patients, newborns, and even fetuses. Thus with MMN one can follow the evolution of central auditory processing from the very early, often critical stages of development, and also in subjects who cannot be examined with the more traditional behavioural measures of auditory discrimination. Indeed, recent studies show that central auditory processing, as indicated by MMN, is affected in different clinical populations, such as schizophrenics, as well as during normal aging and abnormal childhood development. Moreover, the processing of auditory information can be selectively impaired for certain auditory attributes (e.g., sound duration, frequency) and can also depend on the context of the sound changes (e.g., speech or non-speech). Although its advantages over behavioral measures are undeniable, a major obstacle to the larger-scale routine use of the MMN method, especially in clinical settings, is the relatively long duration of its measurement. Typically, approximately 15 minutes of recording time is needed for measuring the MMN for a single auditory attribute. Recording a complete central auditory processing profile consisting of several auditory attributes would thus require from one hour to several hours. In this research, I have contributed to the development of new fast multi-attribute MMN recording paradigms in which several types and magnitudes of sound changes are presented in both speech and non-speech contexts in order to obtain a comprehensive profile of auditory sensory memory and discrimination accuracy in a short measurement time (altogether approximately 15 min for 5 auditory attributes). The speed of the paradigms makes them highly attractive for clinical research, their reliability brings fidelity to longitudinal studies, and the language context is especially suitable for studies on language impairments such as dyslexia and aphasia. In addition I have presented an even more ecological paradigm, and more importantly, an interesting result in view of the theory of MMN where the MMN responses are recorded entirely without a repetitive standard tone. All in all, these paradigms contribute to the development of the theory of auditory perception, and increase the feasibility of MMN recordings in both basic and clinical research. Moreover, they have already proven useful in studying for instance dyslexia, Asperger syndrome and schizophrenia.

Lahopuumäärän ennustaminen ja kartoitus lentokonelaserkeilauksen avulla

Lahopuun määrästä ja sijoittumisesta ollaan kiinnostuneita paitsi elinympäristöjen monimuotoisuuden, myös ilmakehän hiilen varastoinnin kannalta. Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää aluepohjainen laserkeilausdataa hyödyntävä malli lahopuukohteiden paikantamiseksi ja lahopuun määrän estimoimiseksi. Samalla tutkittiin mallin selityskyvyn muuttumista mallinnettavan ruudun kokoa suurennettaessa. Tutkimusalue sijaitsi Itä-Suomessa Sonkajärvellä ja koostui pääasiassa nuorista hoidetuista talousmetsistä. Tutkimuksessa käytettiin harvapulssista laserkeilausdataa sekä kaistoittain mitattua maastodataa kuolleesta puuaineksesta. Aineisto jaettiin siten, että neljäsosa datasta oli käytössä mallinnusta varten ja loput varattiin valmiiden mallien testaamiseen. Lahopuun mallintamisessa käytettiin sekä parametrista että ei-parametrista mallinnusmenetelmää. Logistisen regression avulla erikokoisille (0,04, 0,20, 0,32, 0,52 ja 1,00 ha) ruuduille ennustettiin todennäköisyys lahopuun esiintymiselle. Muodostettujen mallien selittävät muuttujat valittiin 80 laserpiirteen ja näiden muunnoksien joukosta. Mallien selittävät muuttujat valittiin kolmessa vaiheessa. Aluksi muuttujia tarkasteltiin visuaalisesti kuvaamalla ne lahopuumäärän suhteen. Ensimmäisessä vaiheessa sopivimmiksi arvioitujen muuttujien selityskykyä testattiin mallinnuksen toisessa vaiheessa yhden muuttujan mallien avulla. Lopullisessa usean muuttujan mallissa selittävien muuttujien kriteerinä oli tilastollinen merkitsevyys 5 % riskitasolla. 0,20 hehtaarin ruutukoolle luotu malli parametrisoitiin muun kokoisille ruuduille. Logistisella regressiolla toteutetun parametrisen mallintamisen lisäksi, 0,04 ja 1,0 hehtaarin ruutukokojen aineistot luokiteltiin ei-parametrisen CART-mallinnuksen (Classification and Regression Trees) avulla. CARTmenetelmällä etsittiin aineistosta vaikeasti havaittavia epälineaarisia riippuvuuksia laserpiirteiden ja lahopuumäärän välillä. CART-luokittelu tehtiin sekä lahopuustoisuuden että lahopuutilavuuden suhteen. CART-luokituksella päästiin logistista regressiota parempiin tuloksiin ruutujen luokituksessa lahopuustoisuuden suhteen. Logistisella mallilla tehty luokitus parani ruutukoon suurentuessa 0,04 ha:sta(kappa 0,19) 0,32 ha:iin asti (kappa 0,38). 0,52 ha:n ruutukoolla luokituksen kappa-arvo kääntyi laskuun (kappa 0,32) ja laski edelleen hehtaarin ruutukokoon saakka (kappa 0,26). CART-luokitus parani ruutukoon kasvaessa. Luokitustulokset olivat logistista mallinnusta parempia sekä 0,04 ha:n (kappa 0,24) että 1,0 ha:n (kappa 0,52) ruutukoolla. CART-malleilla määritettyjen ruutukohtaisten lahopuutilavuuksien suhteellinen RMSE pieneni ruutukoon kasvaessa. 0,04 hehtaarin ruutukoolla koko aineiston lahopuumäärän suhteellinen RMSE oli 197,1 %, kun hehtaarin ruutukoolla vastaava luku oli 120,3 %. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella voidaan todeta, että maastossa mitatun lahopuumäärän ja tutkimuksessa käytettyjen laserpiirteiden yhteys on pienellä ruutukoolla hyvin heikko, mutta vahvistuu hieman ruutukoon kasvaessa. Kun mallinnuksessa käytetty ruutukoko kasvaa, pienialaisten lahopuukeskittymien havaitseminen kuitenkin vaikeutuu. Tutkimuksessa kohteen lahopuustoisuus pystyttiin kartoittamaan kohtuullisesti suurella ruutukoolla, mutta pienialaisten kohteiden kartoittaminen ei onnistunut käytetyillä menetelmillä. Pienialaisten kohteiden paikantaminen laserkeilauksen avulla edellyttää jatkotutkimusta erityisesti tiheäpulssisen laserdatan käytöstä lahopuuinventoinneissa.

Neoarchean sanukitoid series in the Karelian Province, Finland

Sanukitoid series intrusions can be found throughout the Archean Karelian Province of the Fennoscandian shield. All sanukitoids share the same controversial elemental characteristics: they have high content of incompatible elements such as K, Ba, and Sr as well as high content of the compatible elements Mg, Cr, and Ni, and high Mg#. This composition is explained by an enriched mantle wedge origin in a Neoarchean subduction setting. This study concentrates on sanukitoid intrusions and tonalite-trondhjemite-granodiorite series (TTGs) from Finnish part of the Karelian Province. The collected rock samples have been studied in the field and under microscope as well as for their whole-rock (including isotopes) and mineral compositions. The new data together with previously published analyses help us to better understand the petrogenesis, tectonic setting and reworking of the Archean rock units. TTGs from the Karelian Province form a voluminous series of granitoids and reworked migmatites. This study divides TTG series into two subgroups based on their elemental composition: low-HREE (heavy rare earth element) TTGs and high-HREE TTGs indicating pressure differences in their source. Sanukitoid series is a minor, divergent group of intrusions. These intrusions are variable sized, and the texture varies from even-grained to K-feldspar porphyritic. The elemental composition differentiates sanukitoids from more voluminous TTG groups, the SiO2 in sanukitoids varies to include series of gabbro, diorite, and granodiorite. U Pb age determinations from sanukitoid series show temporally limited emplacement between ~ 2745 2715 Ma after the main crust forming period in the area. Hafnium, neodymium, common lead, and oxygene isotopes indicate well homogenized characteristics. Recycled crust has made a variable, yet minor, contribution to sanukitoids, as evidenced by oxygene isotopes and inherited zircon cores. A proposed tectonic setting for the formation of the sanukitoid series is slab breakoff of oceanic lithosphere in subduction setting, with sanukitoids deriving from an enriched mantle wedge. The proposed setting explains some of the peculiar features of sanukitoids, such as their temporally limited occurrence and controversial elemental composition. Sanukitoids would occur after cessation of the regional growth of Archean crust, and they could be derived from mantle wedge previously enriched by melts and fluids from oceanic crust and sediments. A subsequent event during the Paleoproterozoic Svecofennian orogeny at ~1.9 Ga affected the appearance and microstructures of the rocks as well as caused redistribution of lead between minerals and whole rock. However, the deformation was not able to obliterate the original geochemical characteristics of these sanukitoids.