Aivojen mallinnus voi parantaa epilepsian hoitoa
Tampereen yliopistossa kehitetään laskennallisia menetelmiä, joiden avulla stimulaatio voidaan kohdistaa aivoissa entistä tarkemmin.
Epilepsiapesäke näyttää tietokoneen ruudulla tältä. Aivojen epileptinen aktiivisuus on paikannettu Ramus-tekniikalla ja koneoppimisella.
Sampsa Pursiaisen (kuvassa vasemmalla) tutkimusryhmä kehittää aivojen matemaattista mallinnusta, jota voidaan käyttää hyödyksi epilepsian hoidossa. Kuvassa ovat mukana myös tutkijat Fernando Galaz Prieto, Frank Neugebauer, Atena Rezaei ja Joonas Lahtinen.
Epilepsian hoitoon kehitetään uusia ei-invasiivisia sähköstimulaatiohoitoja, joissa aivoihin syötetään sähkövirtaa kallon ulkopuolelta.
Tampereen yliopiston tutkijat kehittävät laskennallisia menetelmiä, joiden avulla stimulaatio voidaan kohdistaa juuri oikeaan paikkaan aivoissa.
– Pelkkä aivojen kuorimalliin perustuva tieto ei riitä, kun sähkövirtoja halutaan ohjata aivojen sisällä. Olemme kehittäneet ohjelmistokoodeja, joiden avulla voimme mallintaa aivojen koko volyymia, kertoo tutkimusryhmän johtaja, tietotekniikan tenure track -pofessori Sampsa Pursiainen Tampereen yliopistosta.
Volumetrisessa mallinnuksessa tavoitteena on paikantaa aivojen epilepsiapesäkkeet entistä tarkemmin. Lisäksi menetelmillä voidaan ennustaa, miten stimulaatio käyttäytyy aivoissa, ja räätälöidä hoito sen mukaisesti.
Tutkimus on osa eurooppalaista PerEpi-hanketta, johon osallistuu tutkijoita Suomesta, Saksasta ja Ranskasta. Hanketta johtaa professori Carsten H. Wolters Münsterin yliopistosta.
Mallinnusta tarvitaan
Neurologian professori Jukka Peltola Tampereen yliopistosta näkee, että matemaattinen mallintaminen on edellytys epilepsian neuromodulaatiohoitojen kehittämiselle.
Kliinisessä käytössä on jo kaksi epilepsian hoitoa, syväaivostimulaatio ja vagushermostimulaatio, joissa hermoja stimuloivat elektrodit asennetaan aivoihin tai ihon alle. Lisäksi tutkimuksissa on lukuisia muita kokeellisia neurostimulaatiohoitoja.
– Uskon, että 5–10 vuoden aikana saamme käyttöön uusia hoitoja, joissa vaikutetaan eri tavoin aivojen hermoverkoston toimintaan, Peltola toteaa.
PerEpi-hankkeessa kehitetään aivojen transkraniaalista eli kallon ulkopuolista tasavirtastimulaatiota vaikeahoitoisille epilepsiapotilaille, joita lääkkeet eivät auta riittävästi ja joille leikkaushoito ei sovi. Muita mahdollisia hoitokeinoja olisivat esimerkiksi aivojen magneetti- tai ultraäänistimulaatio.
Peltolan mukaan matemaattista mallinnusta voidaan hyödyntää kaikkien stimulaatiohoitojen kehittämisessä.
– On olennaisen tärkeää, että ymmärrämme etukäteen stimulaation käyttäytymistä aivoissa. Muuten hoito voi aiheuttaa myös haittaa, hän korostaa.
Laskentateho kasvaa
Aivot ovat erittäin monimutkainen kokonaisuus, jossa tapahtuu valtavasti sähköistä toimintaa joka sekunti. Tämän mallintaminen tietokoneella on haastava tehtävä.
– Tietokoneiden laskennallinen kapasiteetti on nyt tullut sille tasolle, että pystymme mallintamaan koko aivojen toimintaa, Sampsa Pursiainen kertoo.
Tulevaisuudessa on mahdollista, että neurologi käyttää matemaattista mallinnusta reaaliaikaisesti hyödyksi hoitaessaan potilasta stimulaatiohoidolla.
– Tietokoneiden laskentateho kasvaa koko ajan. Jos jokin vie nyt aikaa kymmenen minuuttia, se vie ehkä tulevaisuudessa vain minuutin tai sekunnin murto-osan, Jukka Peltola kuvailee.
