Aalto-yliopiston kehittämä algoritmi mahdollistaa aivojen täsmästimulaation ja avaa uusia mahdollisuuksia esimerkiksi masennuksen ja kivun hoitoon.
Tehokas algoritmi tarkkailee ja mukauttaa stimulaatiota automaattisesti aivosähkökäyrän (EEG) perusteella.
Aallon tutkijat osoittivat algoritmin toimivuuden oikean stimulaatiosuunnan löytämisessä tuoreessa artikkelissaan.
Transkraniaattisessa magneettistimulaatiossa (TMS) aivoille annetaan sarja magneettipulsseja pään pinnalle asetettavan kelan avulla. Potilas tuntee pulssit ihollaan kevyinä kosketuksina.
Pulsseja antavan kelan liikuttelu, stimulointikohdan ja -suunnan valitseminen ja reaktioiden seuraaminen on vaativaa työtä, jonka onnistuminen edellyttää osaavaa asiantuntijaa.
Stimulointi on myös hidasta, sillä aivosähkökäyrädatan kerääminen ja tulkitseminen voi viedä kokeneeltakin osaajalta kymmeniä minuutteja. Tuore tutkimus osoitti, että algoritmi voi määrittää suunnan 30–60 pulssin avulla minuutissa tai parissa.
”Aivojen reaktio näkyy EEG:ssä sekunnin sadasosissa. Algoritmi rekisteröi sen saman tien ja voi lähes reaaliajassa päättää, mihin seuraava pulssi annetaan”, kuvailee tohtorikoulutettava Aino Tervo.
”Koska oikea suunta löytyy paljon aiempaa nopeammin, menetelmä voi merkittävästi parantaa TMS-hoidon tehoa.”
Aino Tervo ja tutkija Jaakko Nieminen ovat tutkimusartikkelin 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 aivoalueet, jotka hallitsevat esimerkiksi puhetta ja liikettä ja joita leikkauksessa pitää varoa.
Potilaiden hoidossa magneettistimulaation vaikutus on vaikeampi havaita. 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 suomalaisten lisäksi mukana alan tutkijoita Saksan Tübingenin ja Italian Chieti-Pescaran yliopistoista.
Tähtäimessä stimulaation säätäminen reaaliajassa
Tuoreessa tutkimuksessa käytettiin kahden limittäisen kelan prototyyppiä, mikä mahdollistaa pulssien suunnan säätämisen elektronisesti.
Hiljattain valmistuneessa uusimmassa prototyypissä on viisi kelaa, joiden avulla sekä stimulaation paikkaa että suuntaa voidaan säätää hyvin nopeasti tietyn aivoalueen sisällä.
ConnectToBrain-hankkeen tavoite on vuoteen 2026 mennessä 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 rahoittavat myös Suomen Akatemia, Suomen Kulttuurirahasto, Instrumentariumin tiedesäätiö, Jane ja Aatos Erkon säätiö sekä Business Finland.
(Kuva Mikko Raskinen/Aalto-yliopisto) Potilaan aivoille annetaan sarja magneettipulsseja pään pinnalle asetettavan kelan avulla. Tutkija Aino Tervo operoimassa laitteen prototyyppiä.
