Automatic Spatial Calibration of Ultra-Low-Field MRI for High-Accuracy Hybrid MEG--MRI

With a hybrid MEG--MRI device that uses the same sensors for both modalities, the co-registration of MRI and MEG data can be replaced by an automatic calibration step. Based on the highly accurate signal model of ultra-low-field (ULF) MRI, we introduce a calibration method that eliminates the error sources of traditional co-registration. The signal model includes complex sensitivity profiles of the superconducting pickup coils. In ULF MRI, the profiles are independent of the sample and therefore well-defined. In the most basic form, the spatial information of the profiles, captured in parallel ULF-MR acquisitions, is used to find the exact coordinate transformation required. We assessed our calibration method by simulations assuming a helmet-shaped pickup-coil-array geometry. Using a carefully constructed objective function and sufficient approximations, even with low-SNR images, sub-voxel and sub-millimeter calibration accuracy was achieved. After the calibration, distortion-free MRI and high spatial accuracy for MEG source localization can be achieved. For an accurate sensor-array geometry, the co-registration and associated errors are eliminated, and the positional error can be reduced to a negligible level.Comment: 11 pages, 8 figures. This work is part of the BREAKBEN project and has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No 68686

Customer perceptions of service quality and image in pulp and paper and power generation industry

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tutkia asiakkaiden havaintoja palvelun laatuun ja yrityksen imagoon liittyen. Laatuun ja imagoon liittyvät näkökohdat liittyvät tutkimuksessa Metso konsernin OneMetso konseptiin. Tutkimuksen kohteena olevat asiakasyritykset edustavat sellu- ja paperiteollisuutta sekä voimantuotantoa. Käsitteistöltään tutkimus perustuu laatua ja yrityksen imagoa käsittelevään kirjallisuuteen. Kirjallisuuskatsaus esittelee laatuun ja erityisesti palveluiden laatuun liittyviä erityispiirteitä. Olemassa oleva palveluiden laatua koskeva kirjallisuus perustuu pitkälti yritysten ja yksityishenkilöiden väliseen suhteeseen ja teoreettiselta pohjaltaan SERVQUAL tai Nordic model malleihin. Edellä mainittujen mallien ulottuvuuksia on hyödynnetty myös tässä tutkimuksessa, mutta painotus on yritysten välisessä (B2B) asiayhteydessä. Tämän alan tutkimuksia on tehty viime vuosikymmenenä. Tutkimuksen tulokset perustuvat kyselytutkimukseen joka on tehty Metson sellu- ja paperi sekä voimantuotannon asiakkaille. Kyselyn on tehnyt puhelinhaastatteluihin erikoistunut yritys. Kyselytutkimuksen vastaukset on tässä tutkimuksessa tilastollisesti analysoitu käyttäen ei-parametrista testausmenetelmää. Perustuen vastausten jakaumaan käytetty testausmenetelmä kaikille kysymyksille oli riippumattomien näytteiden Mann-Whitneyn U testi. Tilastollisen testauksen tuloksien perusteella nollahypoteesi hylätään kahdessa asiakkaille esitetyssä kysymyksessä kaikkiaan neljästätoista. Automation ja Power segmenttien asiakkaiden havainnot ovat yhteneviä useimmissa laatuun liittyvistä kysymyksistä. Saadut tulokset tukevat Metson One Metso konseptia. Jatkotutkimuksen aiheena toimisi keskittyminen yrityksen nykyisiin muuttuneisiin segmentteihin syventäen samallamkyselyn laatunäkökohtia

Modification and brain recordings of musical instrument tones

Nykyaikaisten aivotutkimusmenetelmien avulla voidaan tutkia ihmisaivojen toimintaa. MMN-vaste (Mismatch Negativity) kuvaa eron havaitsemista usein toistuvan äänen (standardi) ja harvoin esiintyvän äänen (deviantti) välillä. MMN-vaste liitetäänkin lyhytkestoisen kuulomuistin toimintaan ja äänten erotteluun. Tässä työssä on tutkittu standardin todennäköisyyden vaikutusta MMN-vasteeseen. Aivotutkimuskoetta varten tuotettiin sopiva ääniärsykejoukko, jossa kymmenet deviantit eroavat standardista yhtä suurin psykoakustisin eroin. Nauhoitettua sellon ääntä muokattiin useassa äänenvärin dimensiossa ja äänenvärieroja arvioitiin subjektiivisessa kuuntelukokeessa. MMN-vastetta tutkittiin aivosähkökäyrämittausten (EEG) avulla. Tässä työssä käsitellään äänenvärin dimensioita ja tapoja muokata äänenväriä. Työssä esitetään äänenvärierojen subjektiivinen arviointi sekä aivomittaukset. Tässä työssä havaittiin, että on mahdollista tuottaa joukko äänenväriltään eroavia ääniä, joilla on yhtä suuri psykoakustinen etäisyys vertailuääneen nähden. Tulokset myös osoittavat, että standardin todennäköisyyden vähentäminen pienentää MMN-vasteen amplitudia eli vaikeuttaa automaattista äänten erottelua.Modern brain recording techniques offer possibilities to study the functioning of the human brain. The mismatch negativity (MMN) response reflects a change detection from the frequently presented tone (i.e., a standard tone) to the infrequently presented tone (i.e., a deviant tone). Thus, the MMNis associated with the automatic functioning of the short-term auditory sensory memory and sound discrimination. In this thesis the effect of the standard probability on the MMN response is studied. In order to perform a brain-research experiment in which dozens of deviants would differ from the standard with equal psychoacoustic steps, an appropriate set of sound stimuli was generated. A recorded cello tone was modified in several dimensions of timbre and the modifications were evaluated through a subjective listening test. Electroencephalographic (EEG) recordings were performed in order to study the MMN response. This thesis discusses the timbre dimensions and the methods for timbre modifications. The subjective evaluation of timbre modifications is described, as well as the brain recordings. Within this thesis it was observed that it is possible to generate a set of sounds differing in timbre and having an equal psychoacoustic distance from the reference sound. The results also show that decreasing the probability of the standard decreases the amplitude of the MMN response, i.e., makes the automatic sound discrimination more difficult

Kodittomuus pitkittyneenä ontologisen turvallisuuden kriisinä

publishedVersionPeer reviewe

"Esimies on ihminen ihmiselle" : Viestintäosaaminen uuden vuosituhannen esimiestyössä ja sen mallintaminen Fortum Oyj:ssä

Only abstract. Paper copies of master’s theses are listed in the Helka database (http://www.helsinki.fi/helka). Electronic copies of master’s theses are either available as open access or only on thesis terminals in the Helsinki University Library.Vain tiivistelmä. Sidottujen gradujen saatavuuden voit tarkistaa Helka-tietokannasta (http://www.helsinki.fi/helka). Digitaaliset gradut voivat olla luettavissa avoimesti verkossa tai rajoitetusti kirjaston opinnäytekioskeilla.Endast sammandrag. Inbundna avhandlingar kan sökas i Helka-databasen (http://www.helsinki.fi/helka). Elektroniska kopior av avhandlingar finns antingen öppet på nätet eller endast tillgängliga i bibliotekets avhandlingsterminaler.Tarkastelen pro gradu -tutkielmassani esimiesten viestintäosaamista 2000-luvun työympäristössä. Pohdin sitä, mitä esimiehen viestintäosaamisella tarkoitetaan ja mistä osa-alueista se koostuu. Tutkimukseni on laadullinen tapaustutkimus, jonka kohdeorganisaationa on Fortum Oyj. Tutkielmassani rajaudun tarkastelemaan organisaation sisäistä viestintää sekä keskijohtoa ja sitä alempia esimiehiä. Puhun uuden vuosituhannen johtajuudesta ja esimiestyöstä. Uudella vuosituhannella tarkoitan sitä työympäristöä, jossa esimiestyö tapahtuu. Tutkimusmenetelmänä käytän teemahaastattelua. Tutkimuksessani pohdin sitä, millaista vuosituhannen vaihteen esimiehiltä vaadittava viestintäosaaminen on ja miten viestintäosaaminen voidaan mallintaa Fortum Oyj:ssä? Selvitän sitä, millaisia esimiesviestinnän teemoja vuosituhannen vaihteessa tehdyssä johtamisen ja esimiestyön tutkimuksessa nousee esiin ja miten viestintäkyvykäs esimies näissä määritellään. Muodostan teorian pohjalta esimiehen viestintäosaamisen kehikon. Sovellan ja testaan tätä teoreettista kehikkoa Fortum Oyj:n kontekstissa ja pohdin sitä, miten fortumlaisten esimiesten viestintäosaamisen pääalueet voidaan mallintaa. Tutkielmassani Fortum Oyj:n käyttöön luomani esimiehen viestintäosaamisen mallin avulla voidaan tarkastella esimiesten viestintää ja viestintäosaamisen osa-alueita. Tutkimukseni tuloksena syntyvä esimiehen viestintäosaamisen malli muodostuu teorian ja empiiristen teemahaastattelujen synteesinä. Sekä vuosituhannen vaihteessa tehdyssä johtamistutkimuksessa että tätä tutkimusta varten suoritetuissa haastatteluissa korostuu pehmeiden asioiden johtaminen, tunneäly ja johtajan empaattisuus. Esimiehen kyvykkyys johtaa ihmisiä, olla ihminen ihmisille, nousi haastatteluissa yhdeksi tärkeimmäksi esimiehen viestintäosaamista ja viestinnästä suoritumista ohjaavaksi elementiksi. Esimiesten viestintäosaaminen osoittautui tutkimuksen haastattelututkimuksen tulosten perusteella melko yksilölliseksi ja kokonaisvaltaiseksi, jota ei voida mallintaa tarkasti ja täysin yleispätevästi. Esimiehen viestintäosaamisen malli esittääkin esimiestyön kannalta keskeisiä viestintään liittyviä elementtejä ja kiteyttää viestintäosaamisen laajemmiksi kattokäsitteiksi. Esimiehen viestintäosaamisen mallin pääkomponentit ja päälinjaukset ovat siinä määrin yleispäteviä, että niiden avulla esimiesten viestintäosaamista voidaan tarkastella missä tahansa organisaatiossa. Komponenttien sisältö muodostuu kuitenkin teoriapohjan lisäksi tutkimukseni empiirisen osan, fortumlaisten esimiesten haastattelujen pohjalta, joten tältä osin lopullinen malli on sovellettavissa vain Fortumin esimiestyön kontekstissa. Esimiehen viestintäosaamisen neljäksi osa-alueeksi ja komponentiksi nousevat tutkimuksen perusteella: viestintäympäristö, esimiehen viestinnän ja sisäisen viestinnän suhde, viestintäkyvykkyys ja operatiiviset viestintätaidot. Esitän esimiehen viestintäosaamisen liittyvän viestintäympäristön rakentajana, viestinnän suunnittelijana, vuorovaikutusjohtajana ja jokapäiväisen työviestinnän suorittajana toimimiseen

Multi-locus transcranial magnetic stimulation—theory and implementation

Background: Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive brain stimulation method: a magnetic field pulse from a TMS coil can excite neurons in a desired location of the cortex. Conventional TMS coils cause focal stimulation underneath the coil centre; to change the location of the stimulated spot, the coil must be moved over the new target. This physical movement is inherently slow, which limits, for example, feedback-controlled stimulation. Objective: To overcome the limitations of physical TMS-coil movement by introducing electronic targeting. Methods: We propose electronic stimulation targeting using a set of large overlapping coils and introduce a matrix-factorisation-based method to design such sets of coils. We built one such device and demonstrated the electronic stimulation targeting in vivo. Results: The demonstrated two-coil transducer allows translating the stimulated spot along a 30-mmlong line segment in the cortex; with five coils, a target can be selected from within a region of the cortex and stimulated in any direction. Thus, far fewer coils are required by our approach than by previously suggested ones, none of which have resulted in practical devices. Conclusion: Already with two coils, we can adjust the location of the induced electric field maximum along one dimension, which is sufficient to study, for example, the primary motor cortex. (C) 2018 The Author(s). Published by Elsevier Inc.Peer reviewe

Truncated RAP-MUSIC (TRAP-MUSIC) for MEG and EEG source localization

Electrically active brain regions can be located applying MUltiple SIgnal Classification (MUSIC) on magneto-or electroencephalographic (MEG; EEG) data. We introduce a new MUSIC method, called truncated recursively-applied-and-projected MUSIC (TRAP-MUSIC). It corrects a hidden deficiency of the conventional RAP-MUSIC algorithm, which prevents estimation of the true number of brain-signal sources accurately. The correction is done by applying a sequential dimension reduction to the signal-subspace projection. We show that TRAP-MUSIC significantly improves the performance of MUSIC-type localization; in particular, it successfully and robustly locates active brain regions and estimates their number. We compare TRAP-MUSIC and RAP-MUSIC in simulations with varying key parameters, e.g., signal-to-noise ratio, correlation between source time-courses, and initial estimate for the dimension of the signal space. In addition, we validate TRAP-MUSIC with measured MEG data. We suggest that with the proposed TRAP-MUSIC method, MUSIC-type localization could become more reliable and suitable for various online and offline MEG and EEG applications.Peer reviewe

Automatic and robust noise suppression in EEG and MEG : The SOUND algorithm

Electroencephalography (EEG) and magnetoencephalography (MEG) often suffer from noise-and artifact-contaminated channels and trials. Conventionally, EEG and MEG data are inspected visually and cleaned accordingly, e.g., by identifying and rejecting the so-called "bad" channels. This approach has several shortcomings: data inspection is laborious, the rejection criteria are subjective, and the process does not fully utilize all the information in the collected data. Here, we present noise-cleaning methods based on modeling the multi-sensor and multi-trial data. These approaches offer objective, automatic, and robust removal of noise and disturbances by taking into account the sensor-or trial-specific signal-to-noise ratios. We introduce a method called the source-estimate-utilizing noise-discarding algorithm (the SOUND algorithm). SOUND employs anatomical information of the head to cross-validate the data between the sensors. As a result, we are able to identify and suppress noise and artifacts in EEG and MEG. Furthermore, we discuss the theoretical background of SOUND and show that it is a special case of the well-known Wiener estimators. We explain how a completely data-driven Wiener estimator (DDWiener) can be used when no anatomical information is available. DDWiener is easily applicable to any linear multivariate problem; as a demonstrative example, we show how DDWiener can be utilized when estimating event-related EEG/MEG responses. We validated the performance of SOUND with simulations and by applying SOUND to multiple EEG and MEG datasets. SOUND considerably improved the data quality, exceeding the performance of the widely used channel-rejection and interpolation scheme. SOUND also helped in localizing the underlying neural activity by preventing noise from contaminating the source estimates. SOUND can be used to detect and reject noise in functional brain data, enabling improved identification of active brain areas.Peer reviewe

Visual deviant stimuli produce mismatch responses in the amplitude dynamics of neuronal oscillations

Objectives: Auditory and visual deviant stimuli evoke mismatch negativity (MMN) responses, which can be recorded with electroencephalography (EEG) and magnetoencephalography (MEG). However, little is known about the role of neuronal oscillations in encoding of rare stimuli. We aimed at verifying the existence of a mechanism for the detection of deviant visual stimuli on the basis of oscillatory responses, so-called visual mismatch oscillatory response (vMOR). Methods: Peripheral visual stimuli in an oddball paradigm, standard vs. deviant (7: 1), were presented to twenty healthy subjects. The oscillatory responses to an infrequent change in the direction of moving peripheral stimuli were recorded with a 60-channel EEG system. In order to enhance the detection of oscillatory responses, we used the common spatial pattern (CSP) algorithm, designed for the optimal extraction of changes in the amplitude of oscillations. Results: Both standard and deviant visual stimuli produced Event-Related Desynchronization (ERD) and Synchronization (ERS) primarily in the occipito-parietal cortical areas. ERD and ERS had overlapping time-courses and peaked at about 500-730 ms. These oscillatory responses, however, were significantly stronger for the deviant than for the standard stimuli. A difference between the oscillatory responses to deviant and standard stimuli thus reflects the presence of vMOR. Conclusions: The present study shows that the detection of visual deviant stimuli can be reflected in both synchronization and desynchronization of neuronal oscillations. This broadens our knowledge about the brain mechanisms encoding deviant sensory stimuli. (C) 2016 Elsevier Inc. All rights reserved.Peer reviewe

Magnetoencephalography—theory, instrumentation, and applications to noninvasive studies of the working human brain

Magnetoencephalography (MEG) is a noninvasive technique for investigating neuronal activity in the living human brain. The time resolution of the method is better than 1 ms and the spatial discrimination is, under favorable circumstances, 2-3 mm for sources in the cerebral cortex. In MEG studies, the weak 10 fT-1 pT magnetic fields produced by electric currents flowing in neurons are measured with multichannel SQUID (superconducting quantum interference device) gradiometers. The sites in the cerebral cortex that are activated by a stimulus can be found from the detected magnetic-field distribution, provided that appropriate assumptions about the source render the solution of the inverse problem unique. Many interesting properties of the working human brain can be studied, including spontaneous activity and signal processing following external stimuli. For clinical purposes, determination of the locations of epileptic foci is of interest. The authors begin with a general introduction and a short discussion of the neural basis of MEG. The mathematical theory of the method is then explained in detail, followed by a thorough description of MEG instrumentation, data analysis, and practical construction of multi-SQUID devices. Finally, several MEG experiments performed in the authors' laboratory are described, covering studies of evoked responses and of spontaneous activity in both healthy and diseased brains. Many MEG studies by other groups are discussed briefly as well.Peer reviewe