Mitä koirien ja kissojen aivoissa tapahtuu? Uusi kuvantamismenetelmä selvittää lemmikkien mielen saloja

Aalto-yliopiston professori Lauri Parkkosen ryhmä on vuosia kehittänyt kvanttioptisia antureita aivomagneettikäyrän eli magnetoenkefalografian (MEG) mittaamiseen. Toisin kuin perinteisessä MEG-laitteessa, jossa hyvin kylmässä toimivat suprajohtavat anturit vaativat ympärilleen senttimetrejä paksun lämpöeristeen, nämä uudet huoneenlämpötilassa toimivat anturit voidaan tuoda suoraan pään pinnalle. Tämä mahdollistaa entistä tarkemmat aivomagneettikäyrien mittaukset. MEG-kuvantaminen on tutkittavalle kivutonta ja turvallista.

Nyt Parkkonen aikoo tiiminsä kanssa yhdistää uuden menetelmän ja aiemmat kokemuksensa eläinten aivotoiminnan mittaamisesta selvittääkseen, kuinka monimutkaisia ajallisia rakenteita koirien ja kissojen aivot pystyvät poimimaan ympäristöstään. Vastaavanlaisissa kokeissa ihmisillä on havaittu, että aivot reagoivat poikkeamiin monimutkaisissa rakenteissa vain silloin kun ihminen on suunnannut niihin tarkkaavaisuutensa ja on niistä tietoinen.

Koirien aivotoimintaa on mitattu kajoamattomasti jo aiemmin aivosähkökäyrän (EEG) avulla. Koirien kallon päällä on kuitenkin paljon aivosähkökäyrän tarkkuutta häiritseviä lihaksia, minkä vuoksi se kertoo melko epätarkasti koirien aivojen toiminnasta.

”Kissat ja koirat kuulevat laboratoriossa toistuvia äänisarjoja, joiden joukossa on satunnaisesti poikkeavia sarjoja. Ihmisellä poikkeama opitusta ”säännöstä” synnyttää erityisen vasteen aivoissa. Tarkoituksemme on selvittää, syntyykö myös kissoilla ja koirilla aivovasteita näille monimutkaisempien äänisarjojen poikkeamille ja pienentääkö tarkkaavaisuuden suuntaaminen muualle näitä vasteita, kuten ihmisellä tapahtuu”, Parkkonen kertoo.

Parkkonen on jo kokeillut alustavasti hyvin yksinkertaisia mittauksia perheensä Roosa-kissalla, joka viihtyy pitkiäkin aikoja sylissä, mikä on tärkeää mittauksen onnistumisen kannalta. Kissa tuotiin tutustumaan laboratorioon jo pari tuntia ennen mittauksia – kissat kun ovat paikkaherkkiä.

”Saimme kissalta mitattua kuuloherätevasteet kahdelle erilaiselle äänelle, jotka esiintyivät eri todennäköisyyksillä ja satunnaisessa järjestyksessä. Harvemmin esiintyvälle äänelle kissan aivot tuottivat samankaltaisen poikkeamavasteen kuin ihmisaivotkin vastaavanlaisessa kokeessa”, Parkkonen kertoo.

Laitteistolla voi tutkia myös vauvojen aivotoimintaa

Mittausasetelma suunnitellaan niin, että se soveltuu sekä kissoille että koirille, joskin kokeita aletaan ensin tehdä kissoilla. Tavoitteena on samalla kehittää myös ihmisvauvoille sopivaa mittausasetelmaa.

Parkkonen kertoo, että koirat eroavat tutkittavina kissoista – ja myös ihmisvauvoista.

”Kokemuksemme mukaan ammattilainen voi opettaa koiran katsomaan näköärsykettä riittävän pitkiä aikoja aivomittauksen mahdollistamiseksi, mutta kissojen ja ihmisvauvojen kanssa tämä ei todennäköisesti onnistu. Kuuloärsykkeet toimivat siksi kissoilla ja vauvoilla näköärsykkeitä paremmin. Laboratoriossa kuuloärsykkeet tuotetaan vapaassa tilassa olevalla kaiuttimella eikä kuulokkeita tarvita.”

Alustavassa kokeessa Parkkonen piti kvanttioptista MEG-anturia kädellä kissan pään päällä ja kissa kuunteli ääniä. Tulevissa kokeissa on mahdollista, että anturit kiinnitetään kevyesti eläimen päähän pannalla, jotta pään kääntäminen ei muuta anturin paikkaa aivoihin nähden.

”Kuvaamme mittaukset myös videolle, mikä helpottaa pään kääntymisistä johtuvien häiriösignaalien tunnistamista ja poistamista analyysivaiheessa”, Parkkonen kertoo.

Perinteiset kypärän sisälle eristetyt MEG-anturit eivät sovellu eläinmittauksiin, koska kullekin lajille ja jopa rodulle pitäisi tehdä oma, pään koon mukaan räätälöity laite, mikä tulisi hyvin kalliiksi.

Laboratoriokokeisiin on jo saatu puoltava lausunto Helsingin yliopiston Viikin kampuksen tutkimustoiminnan eettiseltä toimikunnalta. Toimikunnan mukaan kysymys ei ole lain tarkoittamasta koe-eläinkokeesta, koska eläimille ei aiheuteta minkäänlaista tuskaa. Kokeisiin osallistuu tavallisia lemmikkejä, jotka noin tunnin kestävän kokeen jälkeen palaavat koteihinsa omistajiensa kanssa. Niihin ei myöskään injektoida aineita. Myös käytetyt kuuloärsykkeet ovat tavanomaisia eli niitä voisi kuulla kotioloissakin.

”Kissojen ja koirien toivottua käyttäytymistä eli paikoillaan oloa pyritään rohkaisemaan kokeessa positiivisesti esimerkiksi herkkupalojen avulla. Niitä ei pakoteta pysymään paikallaan; se tekisi mittauksestakin teknisesti huonolaatuisen”, Parkkonen täsmentää.

Kissoja, koiria ja vauvoja koskeva hanke toteutetaan Aallossa, ja sen yhteistyökumppaneita ovat akatemiatutkija Miiamaaria Kujala Jyväskylän yliopistosta, ja professori Ole Jensen Birminghamin yliopistosta Isosta Britanniasta.

Lajien vertailua ja tulosten yhdistelyä

Parkkosen toiveena on myös oppia eri lajien samanlaisuudesta ja erilaisuudesta. Eläinten aivotoimintaa on aiemmin mitattu lähinnä invasiivisesti eli kallon sisällä olevilla elektrodeilla. Nyt kehitteillä olevalla menetelmällä voidaan eläinten aivotoimintaa mitata kajoamattomasti samoin kuin terveiden ihmistenkin.

Ihmisaivojen mittaukseen tarkoitettu kvanttioptinen laite on tällä hetkellä testivaiheessa. Lauri Parkkonen kertoo, että laitteella mitataan HUSin Meilahden sairaalan BioMag-laboratoriossa ensin terveiden ihmisten aivoja, ja sen jälkeen tehdään mittauksia epilepsiapotilailla.

”Tarkoituksena on selvittää, saammeko mitattua epileptiseen toimintaan liittyviä heikkoja korkeataajuisia signaaleita kallon ulkopuolelta. Näillä signaaleilla näyttäisi olevan erityistä merkitystä mahdollisen leikkaushoidon suunnittelussa.”

Mittaukset aloitetaan Parkkosen tutkimusryhmässä syksyllä ja Suomen Akatemian rahoittama akatemiahanke jatkuu aina vuoteen 2026 saakka.