Aalto-yliopiston johtama 10 miljoonan euron yhteiseurooppalainen hanke kehittää uusia menetelmiä aivotutkimukseen, diagnostiikkaan ja hoitoon

Aivosairauksien kustannukset Euroopassa ovat noin 1000 miljardia euroa vuodessa. Uuden aivoterapian ja uusien tutkimusmenetelmien saaminen laajaan käyttöön voi pelkästään EU:n alueella johtaa jopa miljardin euron vuosittaisiin säästöihin hoitokustannusten ja sairauslomien vähenemisen myötä.

Euroopan tutkimusneuvoston (European Research Council, ERC) Synergy Grant myönnettiin nyt ensimmäistä kertaa suomalaiselle tutkimusryhmälle, ja sen tavoitteena on täysin uudenlaisen aivostimulaation ja -terapian kehittäminen. ConnectToBrain-hankkeen 10 miljoonan euron rahoituksesta neljä miljoonaa tulee Aalto-yliopistoon.

Neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitoksen johtajan, professori Risto Ilmoniemen tutkimusryhmän lisäksi mukana ovat emeritusprofessori Gian Luca Romanin tutkimusryhmä Chieti–Pescaran yliopistosta Italiasta ja professori Ulf Ziemannin tutkimusryhmä Tübingenin yliopistosta Saksasta. Suomessa uusi teknologia otetaan potilaskäyttöön yhteistyössä HUS:n lääkäreiden kanssa BioMag-laboratoriossa Meilahdessa, jossa tutkijoiden käytössä on myös alun perin Otaniemessä kehitetty MEG-teknologia.

Hermoston toimintaa voidaan verrata sinfoniaorkesteriin: aivojen eri keskukset ”kuuntelevat” toisiaan sisäisten hermoratojen kautta; muusikot taas ovat yhteydessä toisiinsa soitinten äänten ja kapellimestarin välityksellä. Kun aivoissa on sairaus – esimerkiksi skitsofrenia, aivohalvaus tai riippuvuus – ja hermostolliset yhteydet toimivat puutteellisesti, ihmisen toiminta kärsii, kuten huonosti synkronoidun sinfoniaorkesterin sointi.

Uusi hanke tavoittelee radikaalia parannusta aivostimulaatioon. Nykymenetelmillä aivoja aktivoidaan yhdestä lääkärin määräämästä pisteestä kerrallaan, jopa tuhansia kertoja peräkkäin. Hankkeen myötä otetaan käyttöön uusi Multi-locus TMS -teknologia (mTMS), jonka avulla stimuloitavaa pistettä voidaan siirtää aivoissa vain millisekuntien viiveellä magneettipulssista toiseen.

”Uuden ja vanhan teknologian eroa voi verrata siihen, että konserttipianisti soittaa kaksikätisesti hienosäätäen koko ajan sointiaan kuulemansa mukaan sen sijaan, että pimputtaisi vain samaa kosketinta kuulosuojaimet korvilla”, sanoo professori Risto Ilmoniemi.

Ohjaava algoritmi aloittaa stimulaation alustavasti valituista paikoista ja muuttaa sitten toimintaansa automaattisesti ja nopeasti sen mukaan, reagoivatko tai muuttuvatko aivot toivotulla tavalla vai eivät. Uudella menetelmällä pystytään kytkeytymään myös aivojen sähköisiin rytmeihin.

Ohjaava algoritmi aloittaa stimulaation alustavasti valituista paikoista ja muuttaa sitten toimintaansa automaattisesti ja nopeasti sen mukaan, reagoivatko tai muuttuvatko aivot toivotulla tavalla vai eivät. Uudella menetelmällä pystytään kytkeytymään myös aivojen sähköisiin rytmeihin.

”Algoritmin tulee olla nopea, koska päätökset stimuloitavista kohdista tehdään sekunnin murto-osissa. Se on haastavaa, koska mitatut signaalit ovat heikkoja ja aivojen toiminta hyvin monimutkaista”, sanoo professori Gian Luca Romani.

Tulevaisuuden aivostimulaatioalgoritmeille voidaan asettaa tavoite, esimerkiksi depressioon liittyvän verkoston elvyttäminen toimintakuntoon. Vakava masennus voi ilmetä aivojen vajaatoimintana, ja hoidolla pyritään kiihdyttämään sitä. Muun muassa epilepsiassa aivojen signalointia taas halutaan jarruttaa.

”Ensin meidän on ymmärrettävä aivojen toimintaa nykyistä tarkemmin ja lisäksi sitä, miten heikosti toimivia hermostollisia yhteyksiä voi aktivoida ja vahvistaa. Kliinisissä kokeissa voimme yhdistää ja vertailla magneettistimulaatiota lääkehoitoon ja perinteiseen kuntoutukseen. Lopulta tarvitsemme lääkäri- ja tutkijayhteisöjen osallistumista, jotta saamme levitettyä tiedon uudesta menetelmästä ja sen tehosta mahdollisimman laajalle”, sanoo professori Ulf Ziemann.

Eri maiden tutkijaryhmät täydentävät toisiaan: Aalto-yliopiston vahvuus on aivostimulaatioteknologia, kun taas Chieti–Pescaran tekoälyalgoritmit analysoivat mittausdataa ja tekevät johtopäätöksiä aivojen sisäisestä viestiliikenteestä, ja Tübingenin ryhmä vie teknologian ja data-analyysin potilaskäyttöön.

ConnectToBrain-hankkeen ympärille halutaan luoda maailmanlaajuinen tutkimusyhteisö, jotta teknologia saataisiin mahdollisimman monen tarvitsevan potilaan saataville. Tutkimusverkosto on jo laajentunut myös EU:n ulkopuolelle: Venäjälle, Brasiliaan, Kanadaan ja Yhdysvaltoihin.

Euroopan tutkimusneuvoston tiedote ja Synergy Grant 2018 -rahoituksen saajat:
https://erc.europa.eu/news/erc-2018-synergy-grants-results

Suomen Akatemian tiedote rahoituksesta:
http://www.aka.fi/fi/akatemia/media/Tiedotteet1/2018/arvostettu-ercn-synergy--rahoitus-ensimmaista-kertaa-suomalaiseen-yliopistoon

Lisätietoja:

Risto Ilmoniemi, professori
Aalto-yliopisto
[email protected]
puh. 050 556 2964

Kuva ja video: Northbay Oy.