Valmentaja punnitsee huippu-urheilijan NVL-arvoja ja vertaa niitä leposykkeeseen, sykevälivaihteluun ja unen laatuun. Nyt tarvitaan aikaa palautumiseen, hän toteaa.
Tämä voisi tapahtua lähivuosina, jos Aallon tutkijat pääsevät tavoittelemaansa maaliin. Silloin NVL olisi biomarkkeri eli kehon tilasta kertova mittari, jota urheilijat seuraisivat yleisesti.
NVL tulee käsitteestä Neuromuscular Vestibular Latency. Termi ei ole yleisesti käytössä, puhumattakaan sen lyhenteestä.
”NVL tarkoittaa viivettä eli aikaa, joka kuluu tasapainoelimen sähköisestä stimuloinnista siihen, että lihaksissa syntyy vaste eli ihminen alkaa huojua”, kertoo Kai Kronström. Hän työskentelee Aalto-yliopiston Vesti-projektissa, jossa ilmiötä tutkitaan ja tuloksista kehitetään helppokäyttöistä mittalaitetta kasvaville biomarkkerimarkkinoille. Kokeneena terveysteknologiayrittäjänä Kronström keskittyy projektissa menetelmän kaupallistamiseen.
Tutkijat ovat jo ehtineet havaita, että jokainen terve koehenkilö on alkanut huojua, kun he ovat ärsyttäneet hänen sisäkorvassaan sijaitsevaa tasapainoelintä sähkövirralla. Se, kuinka paljon ja kuinka pian sähköstimulaatio kutakin huojuttaa, on yksilöllistä. Tutkijat kuitenkin tietävät, että ihmisen pituus lisää viivettä ja viive kasvaa myös iän myötä.
”Viiveeseen vaikuttaa kaikki, mikä tapahtuu reitillä korvasta jalkoihin. Meitä kiinnostaa erityisesti se, miten viive vaihtelee samalla ihmisellä eri tilanteissa ja eri päivinä, ja mitä se kertoo kehon tilasta”, Kronström sanoo.
”Huippu-urheilussa pienetkin erot voivat ratkaista. Haluamme selvittää, mitä tämä uusi tasapainojärjestelmään perustuva mittari voi kertoa urheilijan suorituskyvystä, palautumisesta ja harjoittelun vaikutuksista”, sanoo Ilmo Strömberg, joka toimii maailmanluokan soutajan Joel Naukkarisen taustatiimissä.
Strömberg on juuri ottanut Aallossa kehitetyn mittalaitteen koekäyttöön ja mittaa NVL-arvonsa aamuin illoin. Tutkijat odottavat häneltä NVL-arvojen ohella myös vertailutietoa kehon tilasta.
Kun tutkimuskohteena on tasapainoelimen sähköstimulaatio ja sen biologinen vaste eli huojunta, on luontevaa olettaa, että viiveeseen vaikuttavat tasapainoelimen ohella ainakin keskushermosto ja lihakset. Hermosto kuljettaa viestiä, ja lihakset reagoivat siihen. Tässä vaiheessa projektia olennaista ei ole kuitenkaan tulkita, miten viive tarkalleen syntyy.
”Ensimmäinen tavoitteemme on saada viive mitattua mahdollisimman helposti ja luotettavasti. Seuraavaksi haluamme selvittää, mikä on viiveen normaalia vaihtelua, vaihteleeko viive joillakin ihmisillä enemmän kuin toisilla ja vaikuttaako siihen esimerkiksi liikunta”, sanoo terveysteknologian professori Ilkka Laakso. Viiveen suuruus on sekunnin kymmenesosan luokkaa.
Kehitystyön lomassa on syntynyt myös ideoita uusista sovelluskohteista. Nyt tutkimusryhmä keskittyy huippu-urheilijan biomarkkereihin, mutta jonossa odottavat jo niin sanotut kolmiolääkkeet. Koska kolmiolääkkeet vaikuttavat pääasiassa keskushermostoon, tutkijat pitävät hyvinkin todennäköisenä, että ne vaikuttaisivat NVL-arvoon eli viiveeseen, jota tutkimusryhmä mittaa.
”Mittauksen avulla voitaisiin ehkä tulevaisuudessa etsiä kullekin potilaalle sopivaa, yksilöllistä lääkeannosta”, Kronström toteaa.
”Menetelmämme voisi olla hyödyllinen myös erilaisten neurologisten sairauksien diagnostiikassa. Mittaukset on hyvin helppo ja nopea tehdä toisin kuin niillä menetelmillä, joilla keskushermoston johtumisnopeutta mitataan nykyisin sairaaloissa”, Laakso sanoo.
Helppokäyttöinen mittalaite ja viiveen tarjoama tieto tekevät sisäkorvan sähköstimulaatiosta kiinnostavan ja ajankohtaisen. Itse ilmiö on kuitenkin tunnettu jollain tasolla ainakin vuodesta 1800 alkaen, jolloin sähköpariston kehittänyt Alessandro Volta työnsi pariston napoihin kytketyt metalliset tikut korviinsa. Hän sai aikaan ikävän nykäyksen päässään sekä rätiseviä ja paukkuvia ääniaistimuksia. Seuraavat tutkijat raportoivat jo selkeämmin tasapainohäiriöistä.
Nyt tiedetään, että sisäkorvan tasapainoelimessä on viisi aistinelintä: kolme kaarikäytävää sekä kaksi pientä rakkulamaista otoliittielintä. Näissä kaikissa on aistinsoluja, joiden pienet karvat taipuvat, kun ihminen kääntää päätään, kumartuu, kiihdyttää vauhtia tai pysähtyy. Karvojen mekaaninen liike muuttuu sähköiseksi viestiksi, joka kulkee tasapainohermoa pitkin aivorunkoon. Sieltä tieto välittyy edelleen muun muassa silmiä liikuttaviin ja kehon asentoa ylläpitäviin lihaksiin.
Kun tasapainojärjestelmää ärsytetään ulkoisella sähkövirralla, tasapainohermon aktiivisuus muuttuu. Keho reagoi keinotekoiseen liikeaistimukseen aivan kuin asentoa pitäisi korjata, ja ihminen alkaa huojua.
Aallon tutkijat käyttävät tasapainoelimen stimulointiin noin milliampeerin suuruista vaihtovirtaa, jonka he johtavat korvasta toiseen.
”Virta on niin heikko, että osa koehenkilöistä ei tunne stimulaatiota lainkaan päässään, vaikka mitattava huojuntavaste syntyy”, kertoo tutkija Janita Nissi.
Toisin kuin Voltan kokeissa, Aallon kokeissa elektrodit asetetaan iholle korvien taakse. Ne ovat noin kolmisenttiset pyörylät, joita niiden päälle asetettava myssy pitää paikoillaan. Elektrodit on liitetty johdoilla stimulaattoriin, joka tuottaa niihin sähkövirtaa nopeina pulsseina.
”Seisovan ihmisen normaali huojunta on hyvin hidasta, joten koetilanteessa stimulaation aiheuttama vaste on helppo erottaa siitä”, Nissi selittää.
Vastetta mittaa noin A3:n kokoinen tasapainolauta, jolla koehenkilö seisoo. Lauta ei ole kiikkerä jumppaväline vaan videopeleistä tuttu tasainen alusta. Nissin mukaan stimulaatio aiheuttaa niin pientä huojuntaa, että koehenkilö ei huomaa sitä itse, mutta lauta havaitsee pienetkin painopisteen muutokset.
Mittausdata kulkee tietokoneelle sekä stimulaattorista että laudasta, ja näin tutkijat voivat seurata stimulaation ja vasteen yhteyttä sekä viivettä. Heidän tavoitteenaan on saada laitteen kaikki osat samaan pakettiin, mutta Nissin mukaan sitä on helppo kuljettaa paloinakin.
”Meillä on ollut pop-up-sessioita ympäri kampusta. Opiskelijoita on ollut helppo saada koehenkilöiksi”, Nissi kertoo. Aikaa mittauksiin menee valmisteluineen noin viisi minuuttia koehenkilöä kohden.
Yhteistyössä HUSin kanssa tutkijat ovat päässeet mittaamaan myös potilaita, joilla toisen puolen tasapainohermo ei toimi. Silloin stimulaatiokaan ei tuota vastetta.
”Tämä on vahvistanut, että sähköstimulaatiolla mitattu vaste todella syntyy tasapainojärjestelmän kautta”, Laakso toteaa.
Huippu-urheilussa hyödynnettävä biomarkkeri ei ollut tutkijoiden mielissä, kun he aloittivat Vesti-projektinsa kesäkuussa 2025. Taustalla vaikutti laajempi sähkömagneettisten kenttien turvallisuuteen liittyvä tutkimus.
Laakson tutkimusryhmä selvitti muun muassa sitä, mikä on pienin sähkömagneettisen kentän voimakkuus, joka vaikuttaa ihmisiin biologisesti. Tavoitteena oli tuottaa tietoa, jonka avulla voidaan määrittää altistumisrajoja voimajohtojen ja sähkölaitteiden käytölle.
Kun Nissi tuli Laakson tutkimusryhmään, hän aloitti diplomityönsä silmän sähköstimulaatiosta ja siihen liittyvästä tietokonemallinnuksesta. Myöhemmin hän jatkoi aiheen parissa väitöskirjassaan, ja mukaan tuli silmän ohelle korvan tasapainoelin.
”Tasapainoelin on tällaisessa tutkimuksessa erityisen kiinnostava, koska se on sähköiselle stimulaatiolle hyvin herkkä”, Laakso kertoo.
”Kiinnostavaa on myös se, että tasapainoelimen stimulointi tuottaa huojuntaa, jonka pystymme mittaamaan, kun taas silmää stimuloitaessa koehenkilö kertoo itse, näkyykö valopilkkuja vai ei”, Nissi lisää.
Kun tiimi perehtyi tasapainoelimeen ja kehitti menetelmää sen vasteen mittaamiseen, he miettivät menetelmälle myös muita, kaupallisesti kiinnostavia käyttökohteita ja päätyivät pian huimauksen diagnosointiin.
Huimauksesta kärsii karkeasti arvioiden noin kolmannes väestöstä jossain vaiheessa elämäänsä, ja pelkästään sen diagnosointi kuormittaa terveydenhuoltoa. Noin neljännes huimauksesta on vestibulaarista eli peräisin sisäkorvan tasapainojärjestelmästä.
”Menetelmämme toimi, mutta päädyimme toteamaan, että lääkärit pystyvät jo nykyisillä keinoilla selvittämään melko helposti, onko ongelma tasapainoelimessä”, Laakso sanoo.
Tutkijat siirsivät huomionsa vasteen suuruudesta sen viiveeseen ja käänsivät Vesti-projektin kohti biomarkkereita. Projekti on osa Aallon Research to Business -ohjelmaa, mikä tarkoittaa, että perimmäisenä tavoitteena on saattaa innovaatio markkinoille.
”Menetelmämme toimii, ja tästä voisi päästä varsin valmiiseen tuotteeseen kohtuullisella tuotekehityksellä. Nyt tarvitaan ennen kaikkea lisää dataa ja analyysia siitä, mistä mitattu viive ja sen muutokset kertovat”, Kronström sanoo.
Parhaimmillaan tasapainoelimen sähköstimulaatio voisi tulevaisuudessa tarjota tietoa keskushermoston tilasta helpommin, nopeammin ja edullisemmin kuin jo käytössä olevat menetelmät.
Tällä hetkellä keskushermoston johtumisnopeutta mitataan tyypillisesti aivojen liikekuoren magneettistimulaatiolla. Se tuottaa vasteen, jota voidaan mitata elektrodeilla esimerkiksi käden tai jalan lihaksesta. Menetelmää hyödynnetään tyypillisesti silloin, kun selvitetään keskushermoston vaurioita tai toimintahäiriöitä. Mittauksissa tarvitaan arvokkaiden laitteiden ohella niiden käyttöön erikoistunutta henkilöstöä, eikä se sovi keskushermoston jatkuvaan seurantaan.
Aallossa kehitetyn tasapainoelintä stimuloivan laitteen voi tuoda koehenkilön luo ja tämä voi käyttää sitä jopa itse. Laitteeseen kuuluvat sähkövirtaa tuottava stimulaattori, korvien taakse laitettavat elektrodit sekä tasapainolauta. Ei se älysormukseen mahdu, mutta säännölliseen seurantaan se kyllä sopisi.
Teksti: Marianna Salin
Kuvat: Aalto-yliopisto / Mikko Raskinen
Perinteiset ihmiskehoon liitettävät proteesit tuntuvat usein kömpelöiltä. Tulevaisuuden käsiproteesia voi kuitenkin liikuttaa intuitiivisesti ilman, että käyttäjän tarvitsee erikseen ajatella jokaista liikettä.
Teemu Rauha ja Elias Viitanen kehittivät saavutettavaan magneettikuvauslaitteeseen uudet suodattimet, joiden tavoitteena on muun muassa parantaa laitteella otettavia kuvia. Tutkimusprojektina kehitetty teknologia voi tulevaisuudessa nopeuttaa esimerkiksi aivoverenkiertohäiriöiden diagnostiikkaa.
Health Technology Engineering -maisteriohjelman Antonina Strzelecka toivoo, että tutkimuksesta on suoraa hyötyä potilaille.
