Hyppää pääsisältöön

Kurkistus korvien väliin

ANIssa ratkotaan aivojen arvoituksia

Mitä aivoissa tapahtuu kun naputamme sormiamme? Mikä aivoalue reagoi kipuun ja mikä kuulemaamme musiikkiin? Miten näkemämme kuva pystytään rekonstruoimaan aivojen reaktion perusteella?

Näitä ja lukemattomia muita aivojen toimintaan ja rakenteeseen liittyviä asioita tutkitaan Aalto NeuroImaging eli ANI-yksikössä Otaniemessä. ANI on osa Aalto-yliopiston neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitosta. ANI on myös Aalto-yliopiston ulkopuolelta tulevien tutkijoiden käytössä maksua vastaan.

ANI - Aalto NeuroImaging

  • Kolme toiminnallista aivokuvantamisympäristöä, jotka kaikki hyödyntävät eri tavoin magneettikenttää.
  • Magneettikuvauslaitteilla (MRI ja fMRI) saadaan tietoa aivojen rakenteesta ja toiminnasta hyväksikäyttämällä voimakasta 3T-magneettikenttää.
  • Navigoidussa transkraniaalisessa magneettistimulaatiossa (nTMS) nopealla magneettikenttäpulssilla synnytetään paikallinen aivosoluaktivaatio.
  • Magnetoenkefalografia-laitteella (MEG) mitataan aivosoluaktivaatioiden tuottamia magneettikenttiä pään ulkopuolella.

Kuvantamismenetelmien tuloksia yhdistellen aivoista saadaan monenlaista uutta tietoa, josta voi olla hyötyä esimerkiksi kuntoutuksessa ja erilaisten apulaitteiden suunnittelussa.

Veikko Jousmäki (ANI)
Veikko Jousmäki Veikko Jousmäki (ANI) Kuva: Yle/Raili Löyttyniemi veikko jousmäki

ANI:ssa tehtävä tutkimus on ei-kliinistä perustutkimusta, jonka avulla selvitetään mm. eri aistijärjestelmien toimintaa, liikkeiden säätelyä ja puheen tuottamista ja ymmärtämistä. Tuloksia pystytään osittain hyödyntämään kliinisessä työssäkin.

– Esimerkiksi MEG:n yksi tärkeimistä sovelluksista on epilepsia- tai aivokasvainpotilaalle tehtävä toiminnallinen aivokartoitus. Sen avulla voidaan paikantaa tärkeitä aivoalueita non-invasiivisesti kalloa avaamatta. Tietoa voidaan hyödyntää aivoleikkausta suunniteltaessa, kertoo ANI:n johtaja Veikko Jousmäki.

– Etukäteen voidaan selvittää tarkasti mille ja kuinka suurelle alueelle leikkaus pitää kohdistaa ja mitä sijaitsee operaatioalueen ympärillä.

Ennen nykyisiä non-invasiivisia eli kajoamattomia kuvantamismenetelmiä leikkauskohdan pystyi tarkentamaan vasta kun kallo oli avattu ja eri alueet oli paikannettu esimerkiksi sähköimpulsseilla stimuloimalla.

Magneettistimulaatiota masennuksen hoitoon

Mikko Nyrhinen
Mikko Nyrhinen Mikko Nyrhinen Kuva: Yle/Raili Löyttyniemi mikko nyrhinen

Aivoja voidaan stimuloida pään ulkopuolelta magneettisstimulaation (TMS) avulla. Navigoidussa TMS:ssä mukaan liitetään aivojen rakenteelliset magneettikuvat ja tarkka paikannustieto ärsytettävästä aivoalueesta. Näin voidaan tutkia eri aivoalueiden toimintoja erilaisissa koeasetelmissa.

- Stimulaatiolla voidaan esimerkiksi vaimentaa tai tehostaa jonkun aivoalueen toimintaa, kertoo laboratorioinsinööri Mikko Nyrhinen.

Toimenpiteessä pään pinnalle asetetaan stimulaatiokela, jolla annetaan magneettipulsseja aivokuorelle. Kelaa liikuttamalla stimulaation kohdetta voidaan vaihdella.

TMS:ää voidaan käyttää aivokuoren kartoittamiseen ja sen avulla voidaan paikantaa esimerkiksi puhealue. – Koehenkilö voidaan pyytää lukemaan jotakin ja jos lukeminen ei onnistukaan, niin tiedetään, että ollaan osuttu puhealueelle, Nyrhinen kertoo.

Transkraniaalisella magneettistimulaatiolla voidaan aikaansaada pitkäkestoisia aktiivisuuden muutoksia. Maailmalla sitä on käytetty mm. masennuksen, tinnituksen, kivun ja aivohalvauksien hoitoon.

Aistien yhteispeli avautuu

Tutkimuksesta on hyötyä myös leikkausten tai vammojen jälkeisessä kuntoutuksessa.

– Kuvantamisen avulla voidaan tutkia eri kuntoutusmenetelmien vaikutusta aivoissa ja valita niistä parhaimmin sopivia, ANI:n Veikko Jousmäki kertoo.

Tulosten yhdistely tuottaa mielenkiintoista tietoa eri aistinjärjestelmien yhteispelistä. Me kaikki tiedämme, että ruuan makua ei aistita pelkästään makuaistilla, vaan myös hajuaistilla on tärkeä rooli. Myös kuulo- ja tuntoaisti ovat yhteydessä keskenään, samoin näkö- ja tuntoaisti.

– Elämämme on hyvin multisensorista, sanoo Jousmäki.

– Tutkimme taannoin synnynnäisesti kuuron henkilön aivovasteita käden tärinä-ärsykkeelle. Kuulo- ja tuntoasiti toimivat limittäin matalilla taajuuksilla, ja niillä tärinätunto on herkempi kuin kuuloaisti. Vaikka synnynnäisesti kuuron henkilön kuuloaisti ei toiminut, niin tuntoaistin kautta annettu värinä-ärsyke synnytti kuuloaivokuoren aktivaation.

– Jos laitat kätesi kaulallesi, puristat kevyesti ja puhut normaalisti, sormesi tuntevat äänesi perustaajuuden kevyenä tärinänä. Jos jatkat puhettasi ja otat kätesi pois ja vertaat kuuloaistimustasi näiden kahden tilanteen välillä niin huomaat eron varsinkin matalilla taajuuksilla. Kuulonsa menettäneellä tärinä aktivoi myös aivojen kuuloaluetta huomattavasti enemmän kuin kuulevilla.

Helposti kuvittelemme, että kaikkien ihmisten aivojen "kaavakuva" on samanlainen. Näin ei kuitenkaan ole: vaikka aivomme perusrakenteeltaan ovat samanlaiset, niissä on sekä synnynnäisiä että hankittuja eroja.

Aivot ovat muovautuva elin, Eri toimintojen edustus aivokuorella riippuu siitä, mitä me olemme elämämme aikana tehneet. Viulunsoittaja tarvitsee ja harjoittaa vasemman käden pikkusormeaan enemmän kuin oikean käden vastaavaa sormea. Siksi vasemman pikkusormen edustus aivokuorella on suurempi kuin oikean pikkusormen.

Ajatusten lukua ja markkinatutkimusta?

Aivotutkimuksen kiehtovinta antia – ainakin maallikolle – on ehkä se, miten paljon aivotutkimuksella pystytään lukemaan ihmismielen liikkeitä. Reagoivatko kaikkien ihmisten aivot samalla tavalla esimerkiksi pelkoon tai iloon? Pystyykö aivokuvantamisella lukemaan ajatuksia?

Ihan ajatustenlukemisen tasolla ei vielä olla. Mutta jotain kuitenkin: aivokuvien perusteella pystytään jo karkeasti päättelemään, millaista kuvaa ihminen katsoo.

Esimerkiksi yhdysvaltalaisessa Jack Gallantin laboratoriossa on tutkittu aivojen dekoodaamista.

Alla on kaksi videota rinnan: vasemmanpuoleinen on eräässä tutkimuksessa koehenkilölle näytetty video, oikeanpuoleinen kertoo, mitä koehenkilön voi päätellä näkevän kuvantamislaitteiden tekemän analyysin perusteella.

Toni Auranen
Toni Auranen Toni Auranen Kuva: Yle/Raili Löyttyniemi toni auranen

– Tulkinta perustuu siihen, että aivokuvantamismenetelmillä on kerätty informaatiota useiden ihmisten aivoaktivaatiosta erilaisia kuvia katsottaessa, AMI-keskuksen teknillinen johtaja Toni Auranen kertoo. Tietokoneanalyysin avulla näistä reaktioista on löydetty säännönmukaisuuksia ja sen jälkeen analyysi on tehty toisinpäin: aivoreaktioista on päätelty, mitä ihminen katsoo.

Muualla maailmassa aivokuvantamismenetelmiä käytetään myös markkinointiin ja markkinoinnin edistämiseen liittyvissä tutkimuksissa. ANI:ssa näitä tutkimuksia ei tehdä, vaikka jotkut käyttäjät tutkivatkin mm. päätöksentekoon ja markkinoinnin mielikuviin liittyviä aivoprosesseja.

Suomi aivotutkimuksen huippumaita

Otaniemen Aalto Neuroimagingin eli ANI-yksikön aivotutkimuksen voi sanoa olevan maailman huippua. MEG-laitteiden osalta Suomi on ollut edelläkävijä ja tälläkin hetkellä laitteita on Suomessa väestömäärään suhteutettuna eniten maailmassa, kaksi kappaletta: Otaniemen lisäksi yksi laite on Helsinki-Uudenmaan sairaanhoitopiirin Meilahden sairaalassa. Kolmas laite on tulossa Jyväskylän Yliopistolle tänä keväänä.

Veikko Jousmäki on ollut monessa maailmankolkassa kouluttamassa uusia MEG-laitteiden käyttäjiä.

– MEG-laite on kuitenkin vielä sen verran tuntematon, että sairaalasarjoista ainoa, josta olen sen bongannut, on Greyn anatomia, Jousmäki nauraa. – Siinäkään sitä ei kutsuttu oikealla nimellä.

Kommentit