Tutkijat kehittävät aivojen toimintaa simuloivaa matemaattista mallia avuksi rappeuttavien aivosairauksien diagnostiikkaan ja yksilölliseen hoitoon

Dosentti Satu Palvan ja dosentti Matias Palvan tutkimusryhmät Helsingin yliopistosta (HiLIFE / Neurotieteen tutkimuskeskus) ovat mukana laajassa VirtualBrainCloud-tutkimuskonsortiossa, joka on saanut 15 miljoonan euron rahoituksen EU:n Horizon 2020 HEALTH -hausta.

VirtualBrainCloud-hanke jatkaa aiempaa kansainvälistä The Virtual Brain -tutkimusprojektia, jossa kehitettiin tietokoneohjelma, matemaattinen malli, joka simuloi aivojen rakenteita ja toimintoja. Nyt tutkijoiden tarkoitus on kehittää tämän ohjelman pohjalta pilvipalvelussa toimiva ohjelmistoalusta, johon yhdistetään yksityiskohtaista tietoa hermosolujen ja yksilön aivojen toiminnasta ja rakenteesta. Näin syntyy matemaattinen mallinnusohjelmisto, jossa yhdistetään kliiniseen, kognitiiviseen, ja geenitietoaineistoon neurotieteen ja systeemibiologian tuottama yksilöllinen informaatio aivojen rakenteista ja toiminnasta, ja jonka avulla aivojen toimintaa ja sen poikkeavuuksia voidaan simuloida hyvin yksityiskohtaisesti.

– Päämääränä on aivojen toimintaa hyvin tarkasti simuloiva matemaattinen malli, jonka avulla voidaan parantaa neurodegeneratiivisten sairauksien, erityisesti Alzheimerin taudin, diagnostiikkaa sekä suunnitella potilaille yksilöllisempää hoitoa, Satu Palva kertoo.

Alzheimerin tauti etenee eri potilailla hyvin eri tavalla, ja sen vuoksi myös hoidon tulisi olla yksilöllistä. Tällä hetkellä kuitenkin puuttuu työvälineitä, joilla taudin kulkua voitaisiin luotettavasti ennustaa.

Uusimmat aivojen mittaus- ja kuvantamismenetelmät apuna

Satu ja Matias Palvan tutkimusryhmien erityisosaamista ovat aivotoiminnan sähköfysiologiset mittaukset ja aivojen toiminnallisten yhteyksien kartoittaminen elektro- (EEG) ja magnetoenkefalografia (MEG) -menetelmillä.

– Tässä hankkeessa meidän tehtävämme on kartoittaa eri aivoalueiden välisiä viestintäverkostoja ja mitata ja määrittää niiden toimintaa. Nämä ovat aivojen systeemitason toimintamekanismeja: ne ovat tärkeitä aivomallinnuksen validoinnissa ja niiden poikkeavuudet voivat myös suoraan toimia biomarkkereina Alzheimerin taudin varhaisdiagnostiikassa, Matias Palva kuvaa.

Aivojen toiminnallisten verkostojen kartoittamiseksi tutkijat hankkivat dataa MEG-kuvantamisella ja stereotaktisella EEG-mittauksella. Tietoa kootaan sekä terveiltä henkilöiltä että Alzheimerin tautia ja epilepsiaa sairastavilta potilailta. Tämän datan kokoamisessa suomalaiset tekevät yhteistyötä Madridin ja Genovan yliopistojen tutkijoiden kanssa.

MEG- ja EEG-menetelmillä kootun elektrofysiologisen datan lisäksi VirtualBrainCloud-malliin yhdistetään funktionaalisella MRI-kuvantamisella (fMRI) saatua hermoverkostoja koskevaa tietoa sekä systeemibiologisin menetelmin koottua solu- ja molekyylitason tietoa.

– Jos tämä hanke onnistuu tavoitteissaan, voimme luoda aivan uudenlaisia mahdollisuuksia aivosairauksien diagnostiikkaan ja hoitoon – todellista yksilöllistä täsmälääketiedettä, Satu Palva sanoo.

VirtualBrainCloud-hanke on nelivuotinen. Kaikkiaan siihen osallistuu 17 eurooppalaista yliopistoa ja tutkimuslaitosta. Hanketta koordinoi Charité – Universitätsmedizin Berlin.

Lisätietoja:

Tutkimusryhmän johtaja, dosentti Satu Palva
Sähköposti: satu.palva@helsinki.fi
Satu Palva Group

Tutkimusryhmän johtaja, dosentti Matias Palva
Sähköposti: matias.palva@helsinki.fi
Matias Palva Group

****************************************************
Ystävällisin terveisin

Päivi Lehtinen, viestinnän asiantuntija, Helsingin yliopisto
paivi.m.lehtinen@helsinki.fi  050 406 2043
@PviLe