Ett 10-miljoners europeiskt projekt lett av Aalto-universitetet utvecklar nya metoder för hjärnforskning, diagnos och vård

Kostnaderna för neurologiska sjukdomar är sammanlagt runt 1000 miljarder euro per år endast i Europa. Metoderna för behandling genom stimulering av hjärnan som ska utvecklas i och med ConnectToBrain-projektet förväntas spara upp till en miljard euro årligen i Europa med avsevärda besparingar i vårdkostnader och genom kortare sjukfrånvaron.

De inre funktionerna hos det neurologiska systemet kan jämföras med en symfoniorkester. De olika regionerna av hjärnan “lyssnar” på varandra via interna neurala nätverk, inte olikt musiker som följer ljudet av instrumenten och dirigentens instruktioner. Neurologiska åkommor såsom schizofreni, stroke eller substansberoende påverkar de neurala kopplingarnas funktion och hämmar en människas förmåga att fungera – de gör att orkestern spelar falskt och i otakt.

ConnectToBrain-projektet vill radikalt förbättra teknikerna för stimulering av hjärnan som nu är i kliniskt bruk. Andra forskningsgrupper som synergistiskt kompletterar Aaltogruppen, ledd av professor Risto Ilmoniemi, är teamet som leds av professor emeritus Gian Luca Romani från “G. d'Annunzio” Chieti–Pescara universitetet i Italien, och gruppen som leds av professor Ulf Ziemann från Tübingens universitet. I Finland tas den nya teknologin i reellt bruk i samarbete med läkare vid HUS i BioMag-laboratoriet i Mejlans, där forskarna redan använder sig av MEG-teknologi utvecklad i Otnäs.

För närvarande består stimuleringsbehandling av att aktivera enskilda områden i hjärnan, en åt gången, med upp till tusen sekvenser. Den nya tekniken som ConnectToBrain-projektet kommer att implementera, kallad multi-locus transcranial magnetic stimulation (mTMS), kan växla mellan individuella stimuleringspunkter med intervaller på bara några millisekunder.

“Skillnaden mellan den gamla och nya tekniken kan jämföras med en konsertpianist som spelar sitt instrument med båda händerna och justerar ljudet medan hon lyssnar till musiken – istället för att planlöst spela en enda not med öronproppar i öronen”, säger Aalto-universitetets professor Risto Ilmoniemi.  

Stimuleringsprocessen kommer att kontrolleras av intelligent mjukvara. Kontrollalgoritmen kommer att börja vid utvalda områden i hjärnan och kommer sedan snabbt och automatiskt att flytta fokus beroende på hur de stimulerade nervbanorna reagerar och förändras. Tekniken tillåter även systemet att förena sig med pågående elektriska rytmer i hjärnan.

“Algoritmen måste kunna läsa och tolka kartan som utgörs av hjärnkopplingar i realtid, och på en bråkdel av en sekund kunna avgöra var och när det ska stimuleras till näst. Det här är utmanande eftersom de uppmätta signalerna är svaga och hjärnaktivitet är väldigt komplicerat. Maskininlärning kan hjälpa oss att optimera algoritmerna för uppgiften”, säger Gian Luca Romani. 

Genom att stimulera nätverket av nervbanor associerade med tillstånd som till exempel depression hoppas forskarna att algoritmen kan återställa banorna till ett sunt tillstånd. Depression kan begränsa hjärnfunktioner, förhoppningen är att behandlingen ska kunna vederkvicka dem. I fallet av till exempel epilepsi gäller det motsatta, vissa hjärnfunktioner måste göras långsammare. 

“Först måste vi lära oss mer om hjärndynamik och hur man kan aktivera och stärka nervbanor som fungerar dåligt. Vi kommer att behöva kliniska försök som kombinerar och jämför magnetisk stimulering med farmaceutiska och traditionella rehabiliteringsmetoder. Till sist behöver vi engagera forskare och läkare för att sprida kunskap om den nya metodologin”, säger Ulf Ziemann.

Det internationella forskarteamet kompletterar varandras insatser: Aalto-universitetets styrkor ligger  i att utveckla hjärnstimuleringstekniker, medan realtidssammanlänkningen och artficiell intelligens-algoritmerna som utvecklas vid “G. d’Annunzio”-universitetet kommer att analysera hjärndata och göra diagnostiska beslut, och teamet vid Tübingens universitet kommer att överföra tekniken och dataanalysmetoderna till reell vård. 

Projektet vill nära en global forskningsgemenskap kring att göra den nya teknologin tillgänglig för patienter. Nätverket har redan spridit sig bortom EU till Ryssland, Brasilien, Kanada och USA. 

I Finland kommer den nya teknologin att ledas vid BioMag-laboratoriet i samarbete med läkare från Helsingfors universitettsjukhus, där läkarna kommer att ha tillgång till magnetoencefalografi (MEG), tekniken som ursprungligen utvecklades vid Aalto-universitetet.

ERC:s nyhet och mottagare av Synergy Grant:
https://erc.europa.eu/news/erc-2018-synergy-grants-results.

Finlands Akademis nyhet:
http://www.aka.fi/en/about-us/media/press-releases/2018/first-research-project-led-by-finnish-university-receives-erc-synergy-grant

Mer information:

Risto Ilmoniemi
Professor
Aalto-universitetet
[email protected]
tel. +358 50 556 2964

Gian Luca Romani
Professor emeritus
University of Chieti "G. D'Annunzio"
[email protected]
tel. +39 0871 3556901/02/23

Ulf Ziemann
Professor
University of Tübingen
[email protected]
tel. +49 7071 29 82049

Bild och video: Northbay.