Lääkärit ja tutkijat ovat jo pitkään hyödyntäneet aivojen magneettistimulaatiota (TMS) kroonisen kivun ja vaikean masennuksen hoidossa ja tutkimuksessa.
TMS:ssä aivoille annetaan sarja magneettipulsseja pään pinnalle asetettavan kelan avulla. Pulsseja antavan kelan liikuttelu käsin, stimulointikohdan ja -suunnan valitseminen ja reaktioiden seuraaminen on tällä hetkellä vaativaa työtä, jonka onnistuminen vaatii osaavaa ja kokenutta asiantuntijaa.
Euroopan tutkimusneuvoston (ERC) rahoittama ConnectToBrain-hanke tavoittelee huomattavaa parannusta aivostimulaatioon. Hankkeessa on jo kehitetty robottiavusteinen ja monipaikkainen TMS-teknologia (mTMS). Uudessa menetelmässä hyödynnetään magneettisten antureiden uudenlaista rakennetta, joka mahdollistaa aivostimulaation sijainnin, voimakkuuden ja sähkökentän suunnan elektronisen ohjauksen. Robotti voi ohjata pulsseja aivojen yhdestä osasta toiseen vain sekunnin murto-osassa.
”Tarkoitus on muuttaa aivojen kytkentöjä ja auttaa muun muassa masennuksesta, kroonisesta kivusta ja aivohalvauksesta kärsiviä potilaita. Nyt käytössä oleva teknologia perustuu käsin liikuteltavaan stimulaattoriin, ja esimerkiksi kipupotilaita ehditään hoitaa samana päivänä vain muutama. Elektroninen kohdennus ja automaatio voivat moninkertaistaa hoitokapasiteetin”, hanketta johtava professori Risto Ilmoniemi kertoo.
“Visiomme on kehittää monipaikkainen ja autonominen aivojen stimulointirobotti, jota voidaan ohjata kokonaan etänä. Se minimoi ihmisen vaikutuksen hoitoon, parantaa kliinisten tulosten laatua, helpottaa tiettyihin aivosairauksiin liittyvien aivoverkostojen tunnistamista, sekä parantaa samalla tiedon laatua”, sanoo Business Finlandin rahoittamaa hanketta koordinoiva tutkija Dubravko Kičić.
Vaikka itse robotti on kaupallinen laite ja se on ollut Aallossa tutkimuskäytössä jo pari vuotta, vasta viimeisten kuukausien aikana on tehty läpimurtoja ohjelmiston ja toiminnallisuuksien kehittämisessä.
Laitteessa on tällä hetkellä viisi magneettipulsseja synnyttävää kelaa, mutta hankkeessa tähdätään jopa 50-kelaiseen laitteeseen. Koska laite koostuu moduuleista, siitä voidaan toteuttaa useita pienempiä versioita sekä sairaaloiden että tutkimuskäyttöön.
”Jo nykyisen mallinen laite on sairaalakäyttöön sopiva. Sitä on jo alustavasti testattu ja se toimii hyvin. Laitteesta voi tehdä myös erikoissovelluksia. Esimerkiksi 12 tai 24 kelaa voisi soveltua vakavasta masennuksesta kärsivien hoitamiseen”, Ilmoniemi sanoo.
Robottia ohjaa ohjelmisto nimeltä InVesalius, ja sitä ovat olleet kehittämässä Aallon tutkijat Victor Hugo Souza, Ana Soto de la Cruz ja Renan Matsuda. Sähkömagneettinen mallinnus on toteutettu vanhemman yliopistonlehtorin Matti Stenroosin kehittämän laskentaohjelmiston avulla. Ryhmän tutkijat ovat tehneet pitkäjänteistä yhteistyötä myös Sao Paolon yliopiston professori Oswaldo Baffan ja brasililaisen Renato Archerin informaatioteknologian keskuksen kanssa.
”Ohjelmiston on pitänyt oppia tunnistamaan potilaan pään asento ja ohjaamaan stimulaattori kohteeseen hyödyntäen aivojen anatomiaa. Viiden kelan laite kattaa 30 millimetriä leveän alueen, ja robotin avulla voimme kattaa laajemman alueen automaattisesti. Sen lisäksi keskitymme kasvattamaan kelojen määrää ja samalla luomaan täysin uudenlaisia hoitomahdollisuuksia”, Hugo Souza kertoo.
“Hoidon mukauttaminen aivosta saatavan palautteen perusteella mahdollistaa todella tarkasti kullekin potilaalle yksilöllistetyn hoidon. Samalla voidaan seurata potilaan kehittymistä”, Kičić sanoo.
Aallosta hankkeessa on mukana kymmeniä eri alueisiin erikoistuneita tutkijoita. Esimerkiksi Olli-Pekka Kahilakoski ja Heikki Sinisalo tekevätlaitteen ohjelmiston ja elektroniikan yleistä kehitystyötä ja Ida Granö, Matilda Makkonen, Hanna Pankka, Tuomas Mutanen ja Pantelis Lioumis kehittävät reaaliaikaista aivosähkökäyrän (EEG) mittaamista, jotta voidaan nykyistä tehokkaammin päättää missä ja miten stimuloida aivoja.
”Aino Niemisen väitöskirjassa tutkittiin ensimmäistä kertaa magneettistimulaation ohjausta algoritmien avulla. Siinä onnistuttiin ensimmäistä kertaa löytämään aivoista lihasvasteen antava paikka alle minuutissa, kun siihen on tähän mennyt yli kymmenen minuuttia. Ajan säästyminen on tärkeää, koska sairaalalaboratorion tuntikustannukset ovat todella korkeat”, Ilmoniemi kertoo.
Lihasvasteen avulla tutkijat etsivät potilaalle yksilöllisesti sopivan pulssin voimakkuuden. Tutkijat ovat parhaillaan selvittämässä, miten näitä algoritmeja voidaan hyödyntää robotin ohjaamisessa.
ConnectToBrain-laboratorio Aalto-yliopiston neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitoksella on yksi maailman kehittyneimmistä aivostimulaatiotutkimukseen keskittyvistä infrastruktuureista. Monipaikkainen TMS-teknologia on 18. marraskuuta mukana Aallon Slush-osastolla, jossa teknologiasta ja sen mahdollisuuksista kertovat Dubravko Kičić ja Victor Souza.
Teknologiasta voi hyötyä suuri määrä muun muassa vakavasta masennuksesta, kroonisesta kivusta tai aivohalvauksesta kärsiviä potilaita. Hankkeessa tulee löytää tasapaino uuden laitteen monimutkaisuuden, hinnan ja siitä saatavan hyödyn välille.
Esittelemme Slushissa 12 kunnianhimoista tutkimusprojekteja, jotka edistävät vaikuttavia kestävän kehityksen tavoitteita.
