Väitös neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan alalta, MSc Mikko Nyrhinen

Väitöskirjan nimi: Combining stimulation and imaging of the brain 

Väittelijä: Mikko Nyrhinen 
Vastaväittäjä: professori Pasi Karjalainen, Itä-Suomen yliopisto   
Kustos: professori Matti Hämäläinen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu 

Mielenterveyshäiriöt koskettavat satoja miljoonia ihmisiä maailmanlaajuisesti ja ovat johtavia syitä toimintakyvyn heikkenemisen, häiriten arkea, työtä ja ihmissuhteita. Ymmärtääksemme paremmin mielenterveyshäiriöiden syitä ja niiden hoitoa, on ymmärrettävä aivojen toimintaa, mitä varten tutkijat tarvitsevat tehokkaita työkaluja. 

Aivojen transkraniaalinen magneettistimulaatio (TMS) on menetelmä, jossa aivoja stimuloidaan magneettikenttien avulla. Monipaikkainen TMS (mTMS) on uusi teknologia, jossa älykkäällä kelasuunnittelulla poistetaan tarve kelan manuaaliselle liikuttamiselle, mikä mahdollistaa stimulaation suunnan ja/tai sijainnin muuttamisen fyysisesti siirtämättä kelaa. Toiminnallinen magneettikuvaus (fMRI) on kuvantamismenetelmä, joka kartoittaa aivotoimintaa epäsuorasti mittaamalla veren happipitoisuuden muutoksia: mitä aktiivisempi jokin aivoalue on, sitä enemmän happea se tarvitsee. 

Tässä väitöskirjassa tutkimme näiden kahden menetelmän yhdistämistä. Tämä voidaan tehdä toteuttamalla TMS ja fMRI erillisissä istunnoissa tai samanaikaisesti. Molemmissa lähestymistavoissa on etunsa, mutta samanaikainen TMS–fMRI on erityisen hyödyllinen, koska sen avulla voidaan tutkia stimulaation välittömiä vaikutuksia aivoihin ja sitä, miten käynnissä oleva aivotoiminta vaikuttaa stimulointiin. Tässä työssä vertailimme TMS:ää ja fMRI:tä erillisissä istunnoissa tehdyssä tutkimuksessa arvioidaksemme, kuinka hyvin ne vastaavat toisiaan, mutta päätavoitteena oli suorittaa TMS–fMRI samanaikaisesti. Tätä varten rakensimme samanaikaiset (m)TMS–fMRI-järjestelmät ihmisille ja pieneläimille ja käytimme niitä menestyksekkäästi kokeissa. 

Samanaikainen TMS–fMRI tuo mukanaan ainutlaatuisia teknisiä haasteita; stimulaatiokelan käyttö MRI-laitteen sisällä aiheuttaa kelan muodonmuutoksia, jonka aiheuttama mekaaninen värähtely synnyttää akustista melua. Varmistaaksemme, että samanaikaiset TMS–fMRI-kokeet voidaan toteuttaa turvallisesti, mittasimme syntyvän akustisen melun. Kokeissa mittasimme melutasoja, jotka ylittivät selvästi lainsäädännössä asetetut turvarajat, mutta päättelimme, että tutkimuksia voidaan tehdä turvallisesti, kun käytetään asianmukaisia kuulonsuojaimia ja turvallisia työtapoja. 

Työmme osoittaa, että (m)TMS:n ja fMRI:n yhdistäminen samanaikaisesti on mahdollista, ja auttaa suorittamaan ne turvallisesti. Lisäksi työ hahmottelee kehittyvän mTMS-teknologian mahdollisia tulevia suuntia.

Avainsanat: TMS, mTMS, fMRI, acoustic noise

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.