Sovelletun fysiikan alaan kuuluva väitöstutkimus tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa, Kuopion yliopistollisessa sairaalassa ja verkossa.
Mikä on väitöstutkimuksesi aihe?
Tutkin väitöskirjassani laskennallisia menetelmiä, joita voidaan hyödyntää neuronavigoidun transkraniaalisen magneettistimulaation (TMS) kliinisissä sovelluksissa. TMS on kajoamaton aivostimulaatiomenetelmä, joka aktivoi aivokuoren hermosoluja pään pinnalle asetettavan kelan avulla sähkömagneettiseen induktioon perustuen. Sen keskeisiä kliinisiä sovelluksia ovat liikeaivokuoren kartoitus ja masennuksen hoito.
Liikeaivokuoren kartoituksessa TMS-pulsseja annetaan eri kohtiin liikeaivokuorta ja mitataan pulssien aiheuttamia lihasvasteita, jolloin voidaan arvioida lihaksen edustusalueen sijaintia ja kokoa. TMS:n indusoiman sähkökentän leviäminen ja lihasvasteiden vaihtelu kuitenkin hankaloittavat motoristen edustusalueiden rajaamista, eikä tällä hetkellä ole yksimielisyyttä siitä, kuinka edustusalue tulisi määrittää kartoituksen perusteella. Tarkempi edustusalueiden määritys preoperatiivisissa kartoituksissa edistäisi aivoleikkausten suunnittelua ja toteuttamista.
Masennuksen hoidossa TMS-pulssit kohdennetaan etuotsalohkon aivokuorelle. Perinteisesti tämä kohdennus on toteutettu hyödyntäen ulkoisia anatomisia maamerkkejä, mikä aiheuttaa hoitokohdan sijaintiin potilaiden välistä vaihtelua ja myös osaltaan selittää hoidon tehokkuudesta saatuja vaihtelevia tuloksia. Yhdenmukainen ja tekijästä riippumaton kohdennus parantaisi todennäköisesti hoitojen tehokkuutta.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?
Väitöstutkimukseni osoitti, että TMS-kelan sijainnin lisäksi myös suunnalla on suuri vaikutus aivokuorelle indusoituvan sähkökentän leviämiseen ja sen seurauksena syntyvän, liikkeenäkin havaittavan lihasvasteen voimakkuuteen. Sähkökentän leviämisestä johtuen liikeaivokuoren kartoituksen perusteella luotu motorinen kartta saattaa yliarvioida lihaksen edustusalueen koon, ja vastaavasti suurimmat lihasvasteet syntyvät varsin pieneltä alueelta verrattuna motorisen kartan kokoon. Väitöstutkimuksessa kehitettiin myös laskennallista menetelmää, jonka avulla lihaksen edustusalue voidaan arvioida tarkemmin liikeaivokuoren kartoituksen perusteella.
Väitöskirjassani esiteltiin myös laskennallinen menetelmä, jonka avulla TMS-hoidot voidaan kohdentaa tekijästä riippumattomasti aivokuorelle rakenteellisten tai toiminnallisten aivoatlasten avulla. Tätä menetelmää verrattiin masennushoitojen kohdentamista varten kehitettyyn neuroanatomisiin maamerkkeihin perustuvaan referenssimenetelmään, minkä perusteella se tuotti anatomisesti yhdenmukaisen kohdennuksen.
Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?
Väitöstutkimuksessa esitettiin menetelmä toiminnallisesti olennaisen liikeaivokuoren rajaamiseksi. Tarkempaa preoperatiivista kartoitusta voidaan hyödyntää leikkauksen suunnittelussa, mikä voi mahdollistaa esimerkiksi laajemman resektioalueen ja lyhyemmän leikkausajan. Preoperatiivisen kartoituksen lisäksi liikeaivokuoren tarkka rajaaminen on tärkeää arvioitaessa aivokuoren plastisia muutoksia monilla muillakin potilasryhmillä, kuten aivohalvauspotilailla.
TMS-hoitojen kohdentamiseksi kehitetty menetelmä tarjoaa käytännöllisen työkalun eri aivokuoren alueiden visualisoimiseksi hoitojen aikana. Tämä menetelmä on jo otettu kliiniseen käyttöön masennushoitojen kohdentamisen avustamisessa.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?
Väitöstutkimukseni keskeinen tutkimusmenetelmä oli neuronavigoitu TMS, joka hyödyntää tutkittavan yksilöllisiä magneettikuvia mahdollistaen stimulaation tarkan kohdentamisen liikeaivokuoren kartoituksessa ja TMS-hoidoissa. Keskeisenä menetelmänä tarkemmassa aktivoituvan aivokuoren sijainnin arvioinnissa oli elementtimenetelmään perustuva sähkökentän mallinnus magneettikuvien pohjalta luodussa pään mallissa. Liikeaivokuoren kartoitukseen liittyvissä tutkimuksissa tutkimusaineisto koostui terveistä koehenkilöistä. TMS-hoitojen kohdentamiseksi kehitetyssä menetelmässä hyödynnettiin avoimesti saatavilla olevia aivojen magneettikuvien analysointiin kehitettyjä työkaluja, joiden avulla aiemmin julkaistu aivoatlas saatiin yhdistettyä potilaan pään malliin. Tässä tutkimuksessa käytettiin hoitoihin osallistuneiden potilaiden magneettikuvia.
Neuronavigoitu TMS on uudehko aivojen toiminnalliseen kuvantamiseen sekä aivokuoren hoitoon hyödynnettävä laite. Sen käyttö on maailmanlaajuisesti kasvussa etenkin masennuksen ja kivun hoidossa, minkä lisäksi sillä on jo vakiintunut asema liike- ja puheaivoalueiden kartoituksessa esimerkiksi neurokirurgisia operaatioita edeltävästi. TMS on myös laajalti käytössä aivojen toiminnan ja erilaisten hermoston sairauksien tutkimuksessa.
DI Jusa Reijosen sovelletun fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Computational methods for advancing clinical applications of transcranial magnetic stimulation (Laskennallisia menetelmiä transkraniaalisen magneettistimulaation kliinisten sovellusten edistämiseksi) tarkastetaan luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa, Kuopion yliopistollisessa sairaalassa, Auditorio 2, 1.4.2022 klo 12. Vastaväittäjänä toimii apulaisprofessori Aapo Nummenmaa, Harvard Medical School, Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, ja kustoksena professori Petro Julkunen, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on suomi ja sitä voi seurata verkossa.
Lisätietoja:
Jusa Reijonen, jusa.reijonen@kuh.fi, p. 040 505 2804
