Kun algoritmi ottaa ohjat, aivojen magneettistimulaatiosta tulee nopeampaa ja tarkempaa

Lääkärit ja tutkijat ovat jo pitkään hyödyntäneet aivojen magneettistimulaatiota (TMS) kroonisen kivun ja vaikean masennuksen hoidossa.  Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet stimulaation tueksi tehokkaan algoritmin, joka tarkkailee ja mukauttaa stimulaatiota automaattisesti aivosähkökäyrän (EEG) perusteella.

Tuoreessa artikkelissa tutkijat osoittivat algoritmin toimivuuden oikean stimulaatiosuunnan löytämisessä. Artikkeli julkaistiin alan johtavassa Brain Stimulation -tiedelehdessä.

Reaaliaikaista tulkintaa

TMS:ssä aivoille annetaan sarja magneettipulsseja pään pinnalle asetettavan kelan avulla. Potilas tuntee pulssit iholla kevyinä kosketuksina.

Pulsseja antavan kelan liikuttelu käsin, stimulointikohdan ja -suunnan valitseminen ja reaktioiden seuraaminen on vaativaa työtä, jonka onnistuminen vaatii osaavaa ja kokenutta asiantuntijaa.

Stimulointi on myös hidasta, sillä aivosähkökäyrädatan kerääminen ja tulkitseminen voi viedä kokeneeltakin asiantuntijalta kymmeniä minuutteja. Nyt julkaistu tutkimus osoitti, että algoritmi voi määrittää suunnan 30–60 pulssin avulla 1–2 minuutissa.

”Aivojen reaktio näkyy EEG:ssä sekunnin sadasosissa. Algoritmi rekisteröi sen saman tien ja voi lähes reaaliajassa päättää, mihin seuraava pulssi annetaan. Koska oikea suunta löytyy paljon aiempaa nopeammin, menetelmä voi merkittävästi parantaa TMS-hoidon tehoa”, kertoo tohtorikoulutettava Aino Tervo. Hän ja Research Fellow Jaakko Nieminen olivat artikkelin pääkirjoittajia.

Neuronien kytkökset kuntoon

Moneen aivosairauteen liittyy neuronien välisten kytkösten yli- tai aliaktiivisuutta tietyillä aivoalueilla. Magneettistimulaation hoitoteho perustuu juuri neuronien välisen viestinnän voimistamiseen tai heikentämiseen.

TMS-menetelmää hyödynnetään jo rutiininomaisesti aivoleikkauksien suunnittelussa. Potilaan reaktio pulsseihin paljastaa kirurgille ne aivoalueet, jotka hallitsevat esimerkiksi puhetta ja liikettä – ja joita leikkauksessa pitää varoa. Potilaiden terapiahoidossa magneettistimulaation vaikutus on vaikeampi havaita, ja stimulaatiopaikka ja -suunta onkin perustunut yleiseen käsitykseen siitä, missä aivoalueella neuronien toiminnassa on ongelmia.

”Se ei välttämättä kuitenkaan ole paras mahdollinen, ja siksi tarvitsemme lisätietoa löytääksemme juuri oikean kohdan”, sanoo tutkijaryhmää vetävä Aalto-professori Risto Ilmoniemi. Hän johtaa myös 10 miljoonan euron rahoituksen saanutta ConnectToBrain-hanketta, jossa on suomalaistutkijoiden lisäksi mukana alan huippuja Saksan Tübingenin ja Italian Chieti-Pescaran yliopistoista.

Tutkimuksessa käytettiin kahden limittäisen kelan prototyyppiä, joka mahdollistaa pulssien suunnan säätämisen elektronisesti. Uusimmassa prototyypissä on viisi kelaa, joiden avulla sekä stimulaation paikkaa että suuntaa voidaan säätää hyvin nopeasti tietyn aivoalueen sisällä. Vuoteen 2026 mennessä ConnectToBrain-hankkeen tavoite on rakentaa jopa 50 kelan laite, joka algoritmin ohjaamana pystyy stimuloimaan nopeissa sarjoissa useita kohtia aivoissa ja mukauttamaan stimulaation reaaliajassa EEG:n perusteella.

Laitteiden kehitystä ja tutkimusta rahoittaa myös Suomen Akatemia, Suomen Kulttuurirahasto, Instrumentariumin tiedesäätiö, Jane ja Aatos Erkon säätiö sekä Business Finland.

Lisätietoja:

Artikkeli on avoimesti luettavissa täällä (sciencedirect.com)Aino Tervo
Tohtorikoulutettava, Aalto-yliopisto
puh. 050 453 0082
aino.tervo@aalto.fi

Jaakko Nieminen
Reserch Fellow, Aalto-yliopisto
puh. 050 344 3186
jaakko.nieminen@aalto.fi

Risto Ilmoniemi
Aalto-professori, Aalto-yliopisto
puh. 050 556 2964
risto.ilmoniemi@aalto.fi