Sydän- ja verisuoniterveys tukee ajattelukykyä - uusi menetelmä Alzheimerin tautiin liittyvien valtimoperäisten aivoimpulssien mittaamiseen

Yleensä optinen virtausanalyysi tehdään yhdessä tasossa videokuvissa mutta Zalan Rajnan väitöstutkimuksessa kehitettiin kolmiulotteinen optinen virtausmittaus, joka mahdollistaa aivojen 3D-virtausmittauksen toiminnallisista magneettikuvista. Tätä ei ole ennen tehty. Tulokset ovat merkittäviä.

Glymfaattinen järjestelmä on aivojen imusuonistojärjestelmän toiminnallinen vastine. Se auttaa liukenevien proteiinien ja metaboliittien puhdistumisessa ja on siksi välttämätön hermoston terveyden ylläpitämiseksi. Heikentynyt glymfaattinen toiminta lisää amyloidi-beta-plakkien (Aβ) muodostumista sekä kognitiivisia puutteita. Aβ-proteiinien kertyminen aivojen valtimoseinämille on Alzheimerin taudin tunnusmerkki, joka muodostaa yhteyden taudin, glymfaattisen toimintahäiriön ja verisuonten terveyden heikkenemisen välillä. Aivojen glymfaattinen puhdistusjärjestelmä hyödyntää valtimopulsseja, ja näiden pulsaatioiden on osoitettu muuttuvan Alzheimerin taudissa.

Diplomi-insinööri Zalan Rajna selvitti ja kehitti väitöskirjatutkimuksessaan uusia menetelmiä, jotka erottavat fysiologiset pulssit hermosolujen toiminnasta ja mittaavat valtimoperäisten aivoimpulssien etenemisnopeutta ja -suuntaa ihmisaivoissa magneettiresonanssi-enkefalografian (MREG) avulla.

”Valtimoperäisten aivoimpulssien muutosten tarkemman arvioimisen katsottiin olevan tarpeen, koska Alzheimerin taudissa niiden merkitys on suuri. Väitöskirjassani esittelen kehittämämme menetelmän fysiologisten pulsaatioiden laskostumattoman mittaamisen. Datassa havaittiin spontaaneja hermotoimintavyöryjä, jotka erosivat selvästi kvasiperiodisista fysiologisista aivopulsseista. Glymfaattinen järjestelmä ja sen yhteys sekä valtimoperäiseen pulsaatioon että Alzheimerin tautiin ovat herättäneet yhä enemmän tutkimuksellista kiinnostusta, minkä vuoksi optinen virtausalgoritmi kehitettiin mittaamaan valtimoimpulssien leviämistä aivoissa”, Zalan Rajna kertoo.

Optisen virtausanalyysin avulla laskettiin pulssin etenemisnopeuskartta, jonka perusteella Alzheimerin taudin muutoksia tutkittiin. Mittauksissa havaittiin aivoalueita, joissa pulssit etenevät nopeammin, hitaammin tai jopa käänteiseen suuntaan.

”Tämä viittaa muutoksiin, tai jopa häiriöihin, aivojen valtimopulsaatiossa Alzheimerin taudissa. Optinen virtausanalyysi edistää taudin tutkimusta tunnistamalla ja kvantifioimalla muutoksia aivopulsseissa, mikä vahvistaa Alzheimerin taudin ja heikentyneen aivon puhdistumisen välistä yhteyttä. Ottaen huomioon valtimopulsaation olennaisen roolin aivojen glymfaattisessa puhdistusjärjestelmässä, tämä tutkimus lisää ymmärrystämme verisuoniterveyden mahdollisesta vaikutuksesta dementiaan”, väitöskirjatutkimuksen pääohjaaja professori Tapio Seppänen Oulun yliopistosta sanoo.

Tutkimuksen tärkein tieteellinen panos on uusien analyysimenetelmien kehittäminen. Niiden avulla voidaan ei-invasiivisesti ja ilman varjoainetta mitata neurofluidin virtausta ultranopealla toiminnallisella magneettikuvauksella. 

”Näihin kuuluvat hermostollisten tapahtumien erottaminen toistuvista neurofluidisista signaaleista, kuten hengityksestä ja sydämenlyönneistä, valtimoperäisten impulssien etenemisnopeuden seuraaminen aivoissa sekä Alzheimerin tautiin liittyvien muutosten tunnistaminen”, Rajna tiivistää.

Valtimoperäiset pulsaatiot ohjaavat aivojen kuona-aineiden poistumista, mikä on elintärkeää aivoterveyden ja ajattelukyvyn säilymisen kannalta.

”Tämä tutkimus on ensimmäinen, joka osoittaa, miten sydämen aiheuttamat aivopulsaatiot muuttuvat sekä nopeudeltaan että suunnaltaan Alzheimerin taudissa mahdollistaen aivojen heikentyneen kuona-aineiden poiston kartoittamisen tässä yleisimmässä dementian muodossa”, väitöskirjatutkimuksen toinen ohjaaja professori Vesa Kiviniemi korostaa.

Diplomi-insinööri Zalan Rajna väittelee Oulun yliopistossa perjantaina 5.9. Tietotekniikan väitöskirjan suomennettu otsikko on Hermo- ja valtimopulssien seuranta MR-enkefalografiassa (Tracking neuronal and cardiovascular impulses in MR-encephalography). Vastaväittäjänä toimii professori Jussi Tohka Itä-Suomen yliopistosta ja kustoksena professori Tapio Seppänen Oulun yliopistosta. Väitöstilaisuus alkaa kello 12 Linnanmaalla salissa IT115 ja on seurattavissa myös etänä.