Ihmisaivoissa on noin 86 miljardia hermosolua eli neuronia, jotka käsittelevät ja välittävät tietoa sähköisten hermoimpulssien avulla.
Siksi paras tapa tutkia aivoja on usein mitata niiden sähköistä toimintaa, kertoo Hanna Renvall. Hän on Aalto-yliopiston ja HUSin translationaalisen aivokuvantamisen apulaisprofessori ja HUSin BioMag-laboratorion johtaja.
Aivosähkökäyrä eli EEG onkin maailman yleisin aivokuvantamismenetelmä. Renvallin suosikki on kuitenkin magnetoenkefalografia eli MEG, joka mittaa aivojen sähköisen toiminnan synnyttämiä magneettikenttiä.
Koska kallo ja muut kudokset eivät juuri vääristä magneettikenttiä, MEG-signaalien tulkinta on yksinkertaisempaa kuin EEG-signaalien. Juuri se tekee menetelmästä niin mainion, Renvall sanoo.
”Aktiivinen kohta pystytään MEG:llä paikantamaan paljon tarkemmin, jopa millimetrien tarkkuudella.”
MEG-laite näyttää kampaamon kupukuivaajalta. Mittauksia tekevät SQUID-anturit ovat piilossa kuvun sisällä tehokkaasti eristettyinä, sillä ne toimivat vain hyytävässä kylmyydessä, lähellä absoluuttista nollapistettä.
MEG-teknologian juuret ovat vahvasti Teknillisen korkeakoulun kylmälaboratoriossa, samoin johtavan laitevalmistajan. Suomi onkin alan tutkimuksen kärkimaita.
MEG on isossa roolissa myös Euroopan unionin uudessa AI Mind -hankkeessa, johon Suomesta osallistuvat Aalto ja HUS. Yhteensä 14 miljoonan euron hankkeen tavoitteena on oppia löytämään ajoissa ne potilaat, joiden dementian puhkeamista voidaan viivyttää tai jopa ehkäistä.
Siihen neurotiede ja -teknologia tarvitsevat tekoälyosaajien apua.
Aivojen sormenjälki
Dementia tarkoittaa laaja-alaista aivotoimintojen häiriötä, joka haittaa merkittävästi arjesta selviytymistä. Siitä kärsii Euroopassa noin 10 miljoonaa ihmistä, ja määrä kasvaa väestön ikääntyessä. Yleisin dementiaa aiheuttava sairaus on Alzheimerin tauti, joka todetaan 70–80 prosentilla dementiapotilaista.
Tutkijat uskovat, että jo paljon ennen dementian ensimmäisiä kliinisiä oireita neuronien välinen viestintä hermoverkoissa alkaa heiketä. Tämä voi näkyä myös MEG-käyrissä – jos tietää, mitä katsoa.
MEG on vahvimmillaan mittauksissa, joissa tutkitaan aivojen reagointia puheen ja kosketuksen kaltaisiin, tietyllä hetkellä tapahtuviin ja toistuviin ärsykkeisiin.
Lepomittausten tulkinta on paljon monimutkaisempaa.
Siksi AI Mind -hankkeessa tarvitaan aivojen sormenjäljeksi nimettyä työkalua. Se syntyi, kun Renvall ja professori Riitta Salmelin kollegoineen alkoivat selvittää, näkyykö ihmisen perimä MEG-mittauksissa. Tutkimukseen osallistui yli 100 sisarusparia. Koehenkilöt istuivat MEG-laitteessa pari minuuttia silmät kiinni ja pari minuuttia silmät auki. Lisäksi heiltä otettiin verikokeet, joista tehtiin yksinkertainen geenianalyysi.
Kun tutkijat vertailivat käyriä ja geenimarkkereita, he huomasivat, että vaikka yksilöiden välillä oli suurta vaihtelua, sisarusten käyrät muistuttivat toisiaan.
Seuraavaksi Aalto-yliopiston tekoälyprofessori Samuel Kaski testasi ryhmänsä kanssa, oppisiko tietokone löytämään käyristä ne kohdat, jotka olivat mahdollisimman samanlaisia sisarusten välillä ja mahdollisimman erilaisia muihin koehenkilöihin verrattuna.
Kone teki sen – ja yllättäen muutakin.
”Se oppi erottamaan yksilön täydellisesti pelkkien käyrien perusteella riippumatta siitä, oliko kuvantaminen tehty koehenkilön ollessa silmät kiinni vai auki”, Hanna Renvall kertoo.
”Meille ihmisille silmät kiinni tai auki otetut käppyrät ovat valtavan erilaiset, mutta kone näki niissä yksilölliset piirteet. Olemme tästä aivojen sormenjäljestä valtavan innoissamme ja mietimme nyt, miten koneen voisi opettaa tunnistamaan samalla lailla hermoverkkojen hajoamista.”
