Petri Ala-Laurila: Verkkokalvo on salaovi aivojen toimintaan

Petri Ala-Laurila sai 2014 Akatemiapalkinnon tieteellisestä rohkeudesta. Suomen Akatemia myöntää palkinnon tutkijalle, joka on työssään osoittanut poikkeuksellista tieteellistä rohkeutta, luovuutta tai ennakkoluulottomuutta. Kuva: Anni Hanén

Professori Petri Ala-Laurila, mitä tutkit ja miksi?

Olen neurotieteilijä ja tutkin niitä avainmekanismeja, jotka asettavat äärirajat näön herkkyydelle. Tutkimuksemme keskipiste on silmän verkkokalvo. Se on tehokas aivojen osa, joka suorittaa äärimmäisen monimutkaisia hermostollisia laskutoimituksia jo paljon ennen kuin visuaalinen informaatio siirtyy näköhermoa pitkin prosessoitavaksi aivoihin.

Silmä pystyy tunnistamaan jo muutaman valokvantin eli fotonin synnyttämät signaalit. Tämä hämmästyttävä suorituskyky perustuu verkkokalvon tehokkaisiin häiriöiden eli kohinan poistomekanismeihin. Näön herkkyyden rajalla tunnemme koko sen hermoradan, joka välittää heikon valosignaalin verkkokalvon läpi. Verkkokalvo on helposti lähestyttävä verrattuna muihin aivojen osiin ja valoa voidaan käyttää sen luonnollisena ärsykkeenä. Verkkokalvo on kuin ikkuna tai salaovi aivojen salaisuuksien selvittämiseen. Sen avulla voimme oppia muun muassa ymmärtämään niitä mekanismeja, joilla paitsi aivot, myös ihmisen kehittämät järjestelmät voivat saavuttaa äärirajat heikkojen signaalien tunnistamisessa. Tavoitteena on päästä hermoverkkojen laskutoimituksista koko eliön näköaistin toiminnan ymmärtämisen tasolle. Hyödynnämme tässä monia itse kehittämiämme teknologioita. Samanlaista tekniikkapatteria ei löydy mistään muualta maailmassa.

Aivokuvantamismenetelmät ovat kehittyneet valtavasti, mutta ne eivät pysty kertomaan, mitä yksittäinen hermoimpulssi saa aikaan yksittäisessä solussa. Tavoitteenamme onkin löytää yhteys näkökykynsä rajalla toimivan eläimen käytöksen ja yksittäisistä fotoneista mitattujen signaalien välillä; päästä äärimmäiseen resoluutioon, joka mahdollistaa aivojen kielen eri hermoimpulssien lukemisen. Tämä kvanttikäyttäymiseksi nimeämämme hanke on uusin ja samalla myös kunnianhimoisin tutkimushaaroistamme. Jos pystymme tarkasti selvittämään, miten biologinen päätöksenteko kytkeytyy valokvanttien tuomaan informaatioon, otamme “kvanttihypyn” aivojen päätöksentekoprosessin ymmärtämisessä. Tulevaisuudessa haluan myös ymmärtää, miten tuo päätöksenteko rinnastuu ihmisen kehittämiin järjestelmiin, kuten tekoälyyn. Ja kun terveiden verkkokalvojen signaalinkäsittely opitaan tuntemaan, sen ongelmista johtuviin silmäsairauksiin voidaan löytää uusia terapiamuotoja.

Miten sinusta tuli tutkija?

Olen aina rakastanut luontoa ja halunnut ymmärtää ilmiöitä pintaa syvemmältä. Opiskeluaikana pääsin kesätöihin biofysiikan laboratorioon, ja siitä tutkijanurani oikeastaan alkoikin. Väitöskirjan jälkeen selvitin uralleni hedelmällisimmät postdoc -paikat ja vietin ensin neljä vuotta Bostonissa ja sitten neljä Seattlessa. Väitöskirjatyössä ja ennen kaikkea Yhdysvalloissa rakensin itselleni sen teknisen osaamisen perustan, jolle tutkimuslinjani Suomessa perustuu – vaikka lähdin toki viemään sitä tänne palattuani uudelle tasolle.

Mitkä ovat olleet urasi huippuhetket?

Ne ovat niitä ihmeellisiä välähdyksiä, kun ymmärrät kirkkaasti jotain, jota olet pyöritellyt pitkän aikaa tutkimuksessa tai mielessäsi. Tiedon äärirajoilla liikkuminen voi olla äärimmäisen palkitsevaa, joskin myös kuluttavaa.

Väitöskirjani viimeinen artikkeli liittyi teoreettiseen ongelmaan. Eräänä yönä mallinnuksen viimeinen palanen loksahti kohdalleen, ja tajusin yhtäkkiä, miten ongelma voidaan ratkaista. Muistan vieläkin, miten hienolta tuntui valvoa ja tietää olevansa hetken ainoa ihminen maailmassa, jolla oli ratkaisu hallussaan. Nykyisin kaikkein huikeinta on nähdä omien opiskelijoiden kehittymistä ja nousua uudelle tasolle. Tieteessä mentorointi ja nuorten lupausten koulutus pitäisi nostaa yhdeksi keskeiseksi mittariksi.

Mitä vaaditaan tutkijalta?

Innostuksen ja uteliaisuuden lisäksi sitkeyttä ja niin suurta rakkautta omaan tekemiseen, ettei anna periksi muotivirtauksille tai lannistu, kun suurin osa jutuista menee pieleen – kuten tutkimuksessa usein käy. Tieteen pelikentillä pitää jaksaa uskoa siihen, että maalipaikkoja syntyy aina uudelleen.

Rakkain harrastukseni on Atlantin lohien perhokalastus, ja siinäkin pitää kärsivällisesti kehittää omaa osaamista ja luonnossa olemisen estetiikkaa. Ja jos niitä isoja lohia osuu kohdalla liikaa, hommasta menee mielenkiinto. Onnistumiset tuntuvat sitäkin paremmilta, kun ne pitää ansaita.

Tutkijana kannattaa myös auttaa muita ja antaa osaamistaan pyyteettömästi tiedeyhteisön käyttöön. Tätä kautta syntyy usein odottamattomia ja hyviä jatkomahdollisuuksia. Auttamalla voi osaltaan luoda myös tärkeitä kontakteja ja syventää verkostoja.

Mitä odotat tulevaisuudelta?

Minulla on ollut onni saada tutkimusryhmääni upeita nuoria tutkijoita ja työskennellä loistavien senioritutkijoiden kanssa urani koulutusvaiheissa, sekä Suomessa että Yhdysvalloissa. Nykyinen tutkimusryhmäni on vähän kuin heimo, jossa jokaisella on oma roolinsa ja tavoiteltava asiansa mutta samalla myös yhteinen päämäärä: jatkaa vuonna 1967 Nobelin saaneen Ragnar Granitin perinnettä Suomessa ja olla omalla tutkimusalueellamme luomassa verkkokalvotutkimuksen uutta renessanssia. Olemme vielä nuori laboratorio, mutta saavuttaneet jo hienoja juttuja. Ryhmämme on esimerkiksi rakentanut tänne Aaltoon ja Helsingin yliopistoon laboratoriot, joissa on maailman paras tekniikka himmeiden valosignaalien tutkimiseen, ja vuoden kuluttua isännöimme Helsingissä alamme arvostetuinta konferenssia. Lisäksi olemme rakentaneet Aalto-yliopiston laboratorioomme maailman ensimmäisen neljän elektrodin patch clamp -mittaustekniikan nisäkkäiden verkkokalvotutkimukseen.

Petri Ala-Laurila ja muut Aalto-yliopiston uudet vakinaistetut professorit kertovat tutkimuksestaan 25. huhtikuuta järjestettävässä tilaisuudessa Dipolissa, Espoon Otaniemessä. Tervetuloa kuulemaan ja kysymään lisää!

Tilaisuus alkaa klo 14.15. Katso tarkemmat tiedot täältä.