Kuuloaivokuoren toiminnallinen organisaatio aktiivisten kuuntelutehtävien aikana

Previous imaging studies have shown that activation in human auditory cortex (AC) is strongly modulated during active listening tasks. However, the prevalent models of AC mainly focus on the processing of stimulus-specific information and speech and do not predict such task-dependent modulation. In the present thesis, functional magnetic resonance imaging was used to measure regional activation in AC during discrimination and n-back memory tasks in order to investigate the relationship between stimulus-specific and task-dependent processing (Study I) and inter-regional connectivity during rest and active tasks (Study III). In addition, source analysis of scalp-recorded event-related potentials was carried out to study the temporal dynamics of task-dependent activation in AC (Study II). In Study I, distinct stimulus-specific activation patterns to pitch-varying and location-varying sounds were similarly observed during visual (no directed auditory attention) and auditory tasks. This is consistent with the prevalent models which presume parallel and independent “what” (e.g. pitch) and “where” processing streams. As expected, discrimination and n-back memory tasks were associated with distinct task-dependent activation patterns. These activation patterns were independent of whether subjects performed pitch or location versions of these tasks. Thus, AC activation during discrimination and n-back memory tasks cannot be explained by enhanced stimulus-specific processing (of pitch and location). Consistently, Study II showed that the task-dependent effects in AC occur relatively late (200–700 ms from stimulus onset) compared to the latency of stimulus-specific pitch processing (0–200 ms). In Study III, the organization of human AC was investigated based on functional connectivity. Connectivity-based parcellation revealed a network structure that consisted of six modules in supratemporal plane, temporal lobe, and inferior parietal lobule in both hemispheres. Multivariate pattern analysis showed that connectivity within this network structure was significantly modulated during the presentation of sounds (visual task) and auditory task performance. Together the results of this thesis show that (1) activation in human AC strongly depends on the requirements of the listening task and that task-dependent modulation is not due to enhanced stimulus-specific processing, (2) regions in inferior parietal lobule play an important role in the processing of both task-irrelevant and task-relevant auditory information in human AC, and (3) the activation patterns in human AC during the presentation of task-irrelevant and task-relevant sounds cannot be fully explained by a hierarchical model in which information is processed in two parallel processing streams.Aiemmat kuvantamistutkimukset ovat osoittaneet, että aktiiviset kuuntelutehtävät vaikuttavat voimakkaasti ihmisen kuuloaivokuoren aktivaatioon. Kuuloaivokuoren toiminnalliset mallit kuitenkin keskittyvät äänten akustisten piirteiden ja puheen käsittelyyn, eivätkä ne siten ennusta tehtäväsidonnaisia vaikutuksia. Tässä väitöskirjassa tutkittiin kuuloaivokuoren toimintaa äänten erottelu- ja n-back-muistitehtävien aikana toiminnallisella magneettikuvauksella ja herätevasterekisteröinnillä. Tutkimusten tavoitteena oli selvittää riippuvatko ärsyke- ja tehtäväsidonnaiset aktivaatiot toisistaan (Tutkimus I) sekä tutkia kuuloaivokuoren eri alueiden välistä toiminnallista konnektiivisuutta lepo- ja tehtävätilanteiden aikana (Tutkimus III). Pään pinnalta mitattujen herätevasteiden lähdemallinnuksen avulla tutkittiin kuuloaivokuoren tehtäväsidonnaisen aktivaation ajallista dynamiikkaa (Tutkimus II). Tutkimuksessa I äänen korkeuden ja tulosuunnan vaihtelu aktivoivat erillisiä kuuloaivokuoren alueita sekä näkötehtävän (ei suunnattua kuulotarkkaavaisuutta) että kuuntelutehtävien aikana. Tämä tulos on yhtenevä vallitsevien kuuloaivokuoren mallien kanssa, joissa oletetaan, että äänen korkeus ja tulosuunta käsitellään rinnakkaisissa ja toisistaan riippumattomissa mitä- (esim. äänen korkeus) ja missä-järjestelmissä. Aktiivisten kuuntelutehtävien aikana kuuloaivokuoren aktivaatiojakauma riippui odotetusti siitä, tekivätkö koehenkilöt äänten erottelu vai n-back-muistitehtävää. Tehtäväsidonnaiset aktivaatiojakaumat (erottelu- ja muistitehtävän erot) olivat kuitenkin hyvin samankaltaisia äänen korkeus- ja tulosuuntatehtävien aikana. Kuuloaivokuoren tehtäväsidonnaisia aktivaatioita äänten erottelu- ja n-back-muistitehtävien aikana ei siten voida selittää ääni-informaation käsittelyyn liittyvien aktivaatioiden voimistumisella. Tätä johtopäätöstä tukevat myös Tutkimuksen II tulokset, joiden mukaan kuuloaivokuoren tehtäväsidonnaiset aktivaatiot (n. 200–700 ms äänen alusta) havaitaan pääosin äänenkorkeustiedon käsittelyyn liittyvän aktivaation (0–200 ms) jälkeen. Tutkimuksessa III selvitettiin kuuloaivokuoren toiminnallista organisaatiota ja sen eri aluiden muodostamia verkostoja konnektiivisuusanalyysien avulla. Näissä analyyseissä havaittiin modulaarinen rakenne, jossa kuuloaivokuori ja sen lähialueiden muodostama verkosto jakaantuu kuuteen osaan (moduuliin). Toiminnallisen konnektiivisuuden muutoksia eri koetilanteissa tarkasteltiin monimuuttujakuvioanalyysillä. Tulokset osoittivat, että konnektiivisuus kuuloaivokuoren ja sen lähialueiden muodostamassa verkostossa muuttui merkitsevästi verrattuna lepotilanteeseen, kun koehenkilöille esitettiin ääniä (näkötehtävän aikana) ja kun he tekivät kuuntelutehtäviä. Väitöskirjan tutkimusten tulokset osoittavat, että (1) ihmisen kuuloaivokuoren aktivaatio riippuu voimakkaasti kuuntelutehtävän vaatimuksista, (2) päälaenlohkon alaosat osallistuvat merkittävällä tavalla kuuloaivokuoren toimintaan ääni-informaation käsittelyn aikana riippumatta siitä, ovatko äänet olennaisia vai epäolennaisia kulloisenkin tehtävän kannalta, ja (3) ihmisen kuuloaivokuoren aktivaatiota ei voida täysin selittää hierarkisella mallilla, jossa ääni-informaatiota käsitellään kahdella rinnakkaisella tiedonkäsittelyradalla

Life cycle assessment of plant cell cultures

A novel food such as plant cell culture (PCC) is an important complementary asset for traditional agriculture to tackle global food insecurity. To evaluate environmental impacts of PCC, a life cycle assessment was applied to tobacco bright yellow-2 and cloudberry PCCs. Global warming potential (GWP), freshwater eutrophication potential (FEUP), marine eutrophication potential, terrestrial acidification potential (TAP), stratospheric ozone depletion, water consumption and land use were assessed. The results showed particularly high contributions (82–93%) of electricity consumption to GWP, FEUP and TAP. Sensitivity analysis indicated that using wind energy instead of the average Finnish electricity mix reduced the environmental impacts by 34–81%. Enhancement in the energy efficiency of bioreactor mixing processes and reduction in cultivation time also effectively improved the environmental performance (4–47% reduction of impacts). In comparison with other novel foods, the environmental impacts of the PCC products studied were mostly comparable to those of microalgae products but higher than those of microbial protein products produced by autotrophic hydrogen-oxidizing bacteria. Assayed fresh PCC products were similar or close to GWP of conventionally grown food products and, with technological advancements, can be highly competitive.Peer reviewe

Biotransformation of Cyclodextrine-Complexed Semisynthetic Betulin Derivatives by Plant Cells

In this study, three semisynthetic betulonic acid-based compounds, 20(29)-dihydrolup-2-en[2,3- d ]isoxazol-28-oic acid, 1-betulonoylpyrrolidine, and lupa-2,20(29)-dieno[2,3- b ]pyrazin-28-oic acid, were studied in biotransformation experiments using Nicotiana tabacum and Catharanthus roseus cell suspension cultures. Biotransformation was performed using cyclodextrin to aid dissolving poorly water-soluble substrates. Several new derivatives were found, consisting of oxidized and glycosylated (pentose- and hexose-conjugated) products.Peer reviewe

Exploring the Metabolic Stability of Engineered Hairy Roots after 16 Years Maintenance

Plants remain a major source of new drugs, leads and fine chemicals. Cell cultures deriving from plants offer a fascinating tool to study plant metabolic pathways and offer large scale production systems for valuable compounds - commercial examples include compounds such as paclitaxel. The major constraint with undifferentiated cell cultures is that they are generally considered to be genetically unstable and cultured cells tend to produce low yields of secondary metabolites especially over time. Hairy roots, a tumor tissue caused by infection of Agrobacterium rhizogenes is a relevant alternative for plant secondary metabolite production for being fast growing, able to grow without phytohormones, and displaying higher stability than undifferentiated cells. Although genetic and metabolic stability has often been connected to transgenic hairy roots, there are only few reports on how a very long-term subculturing effects on the production capacity of hairy roots. In this study, hairy roots producing high tropane alkaloid levels were subjected to 16-year follow-up in relation to genetic and metabolic stability. Cryopreservation method for hairy roots of Hyoscyamus muticus was developed to replace laborious subculturing, and although the post-thaw recovery rates remained low, the expression of transgene remained unaltered in cryopreserved roots. It was shown that although displaying some fluctuation in the metabolite yields, even an exceedingly long-term subculturing was successfully applied without significant loss of metabolic activity