Tutkijat voivat nyt tarkkailla liikkuvan ihmisen aivoja – tavoitteena edistää muun muassa Parkinsonin taudin hoitoa

EU:n rahoittamat tutkijat kehittävät uutta tekniikkaa, jonka avulla he voivat seurata aivojen toimintaa potilaan liikkuessa. Heidän työnsä pyrkii edistämään Parkinsonin taudin ja muiden miljoonia ihmisiä maailmanlaajuisesti vaivaavien neurologisten sairauksien varhaista havaitsemista.

Vielä äskettäin oli mahdotonta tarkkailla, mitä aivoissa tapahtuu liikkumisen aikana. Tavallisissa aivokuvauksissa potilaan on oltava makuulla paikallaan, mikä rajoittaa tutkijoiden kykyä ymmärtää sitä, miten aivot prosessoivat jokapäiväisiä tilanteita ja reagoivat niihin.

Slovenialaisten tutkijoiden koordinoiman ja EU:n rahoittaman kolmivuotisen TwinBrain-tutkimushankkeen yhteistyön ansiosta tämä kuvaustekniikka on laajennettu kattamaan uusia aivojen alueita ja uusia toimintoja.

Teemme jatkuvasti useita asioita yhtä aikaa – lähes ajattelematta. Kuvittele vaikkapa meneväsi ostoksille supermarkettiin: Etsit hyllyjen välistä reitin ostoslistallasi olevien tuotteiden luo ja pidät samalla silmällä uusimpia tarjouksia yrittäen olla törmäämättä muihin ostoksilla olijoihin.

EU:n tutkijat tutkivat nyt tällaisia jokapäiväisiä toimintoja toivoen löytävänsä tärkeitä vihjeitä, jotka voisivat auttaa vakavien neurologisten sairauksien havaitsemisessa ja hoitamisessa.

– Tämä tilanne saattaa vaikuttaa hyvin yksinkertaiselta nuorille ja terveille ihmisille, mutta se vaatii myös tehokasta moniajoa aivoilta, kertoo tohtori Uroš Marušič, Slovenian Koperissa toimivan tiede- ja tutkimuskeskuksen vanhempi tutkija sekä hiljattain avatun, aivotutkimukseen erikoistuneen Slovenian Mobile Brain/Body Imaging Lab (SloMoBIL) -laboratorion johtaja.

^{Marušič johti} TwinBrain-tutkimushanketta, joka tutki aivoja ja liikedynamiikkaa aivan uudenlaisella tavalla.

Tämän vuoden tammikuussa päättynyt hanke kokosi yhteen tutkijoita Berliinin teknisestä yliopistosta Saksasta, Triesten yliopistosta Italiasta ja Geneven yliopistosta Sveitsistä. Yhdessä he avasivat uusia uria monimutkaisten, liikkeeseen vaikuttavien neurologisten sairauksien diagnosoinnissa ja hoidossa.

Yksi näistä on Parkinsonin tauti – etenevä neurologinen sairaus, jota sairastaa yli 8 miljoonaa ihmistä ympäri maailmaa.

Ikääntyessämme hermosolumme alkavat tuhoutua, mikä lisää niin kutsuttuja kognitiivisia motorisia häiriöitä ja haittaa kykyämme suoriutua useiden tehtävien tekemisestä samaan aikaan. Tämä haittaa ”lihasten ja aivojen välistä keskustelua”, kuten Marušič ilmiötä kutsuu.

– Alkuvaiheen Parkinsonin taudissa aivot kompensoivat taustalla tasapainon ja liikkumisen puutteita, kertoo Marušič, joka on myös kinesiologian apulaisprofessori Alma Mater Europaea -yliopistossa Mariborissa, Sloveniassa.

– Tämä voi aiheuttaa henkilön kompastumisen tai putoamisen.

Tutkijat ovat kehittäneet Mobile brain/body imaging (MoBI) -tekniikkaa, jonka avulla he voivat seurata aivoja ja kehoa liikkeen aikana samanaikaisesti. Heidän työnsä ansiosta tulevaisuudessa on mahdollista havaita aiemmin neurologisiin ongelmiin viittaavat merkit ja aloittaa siten myös hoidot aikaisemmin.

MoBI-tekniikkaa tutkitaan tarkasti Berliinin teknisen yliopiston Berliinin Brain/Body Imaging Lab (BEMoBIL) -laboratoriossa. TwinBrain-hankkeen myötä tämä tekniikka siirrettiin Saksasta Sloveniaan, ja sitä parannettiin edelleen italialaisten ja sveitsiläisten neurologien ja tutkijoiden antamalla panoksella.

– Näemme, että kun tutkittavia henkilöitä haastetaan antamalla heille ylimääräinen kognitiivinen tehtävä – esimerkiksi esittämällä heille kysymys heidän tasapainotellessaan – he yrittävät aktivoida lisää hermosoluresursseja, mutta aivot eivät aina pysty käsittelemään kaikkea, Marušič sanoo.

^{MoBI-tekniikka yhdistää} aivojen sähkötoimintaa mittaavan elektroenkefalogrammi (EEG) -tekniikan ja hermostimulaation seurauksena havaittavaa lihasvastetta eli sähkötoimintaa mittaavan elektromyografian (EMG). Se käyttää myös liikkeenkaappaustekniikkaa.

– Voimme nyt mitata, mitä aivoissa tapahtuu kävelyn, juoksemisen tai muun fyysisen tai henkisen toiminnan aikana, Marušič mainitsee.

Marušič kuvailee tätä yhdeksi tutkimuksen tähän mennessä suurimmista saavutuksista. Tämä saavutus on kuitenkin samalla luonut valtavan big data -haasteen. Viisikymmentäseitsemän osallistujaa on osallistunut testaukseen sen jälkeen, kun MoBI-tekniikan käyttö aloitettiin Sloveniassa vuonna 2021.

Jokaista toimintasekuntia kohden on tallennettu satoja mittaustietoja, minkä vuoksi mitattuja tietopisteitä on miljoonia. Näitä synkronoidaan ja analysoidaan nyt tekoälyn ja supertietokoneen avulla, ja tämä prosessi tuottaa jo innostavia tuloksia.

Triesten yliopiston neurologian professori Paolo Manganotti osallistui vapaaehtoisten rekrytointiin ja testaamiseen TwinBrain-tutkimushankkeessa. Hän havaitsi, että osallistujat olivat erittäin halukkaita osallistumaan voidakseen parantaa sekä omia hoitotuloksiaan että myös tulevien potilaiden hoitotuloksia.

– TwinBrain tarjoaa uraauurtavia tietoja kliinistä potilastyötä varten. Uusimpaa teknologiaa hyödyntämällä voimme mullistaa Parkinsonin taudin diagnosoinnin ja seurannan muutamassa vuodessa. Näin saamme lisättyä potilastyytyväisyyttä ja potilaiden elämänlaatua”, hän sanoo.

^{Marušičin seuraavana} tavoitteena on yksinkertaistaa ja optimoida tätä tekniikkaa jatkotutkimuksella Sloveniassa TBrainBoost-hankkeessa, joka saa myös EU-rahoitusta ja perustuu SloMoBIL-tekniikkaan. Tällä kertaa hanke toteutetaan uusien belgialaisten, saksalaisten, maltalaisten ja slovenialaisten tutkimuskumppaneiden kanssa.

Hankkeen myötä voidaan kehittää uusia MoBI-tekniikkaan perustuvia tuotteita laajempaan kliiniseen käyttöön, mikä hyödyttää potilaita, joilla on neurologisia häiriöitä. Se myös vahvistaa SloMoBILin roolia alan tutkimuksen alueellisena huippuosaamiskeskuksena.

Pidemmällä aikavälillä Marušič toivoo tutkimuksen johtavan parempaan ja aikaisempaan Parkinsonin ja muiden neurologisten sairauksien hoitoon sekä henkilökohtaisempaan terveydenhuoltoon.

– Haluan, että potilaat voivat saada hoitoa kaikkiin ongelmiinsa samanaikaisesti yhdessä ja samassa paikassa: henkilökohtaista, potilaan tarpeiden mukaan räätälöityä diagnostiikkaa ja hoitoja tarjoavissa hoitokeskuksissa, jotka tarjoavat kaikki hoitopalvelut, hän kertoo.

EU:n Horizon-ohjelma on rahoittanut tämän artikkelin käsittelemän tutkimuksen. Haastateltujen näkemykset eivät välttämättä vastaa Euroopan komission näkemyksiä.

Tämä artikkeli on julkaistu alun perin EU:n tutkimus- ja innovaatiolehti Horizonissa.