Tamperelaiset aivotutkijat mukana miljardin euron tutkimushankkeessa: aiheena muovautuvat aivot

Vesa Vanhalakka Kun opit, painat mieleesi ja muistat, aivoissasi tapahtuu muutoksia sekä yksittäisten solujen että solujen muodostamien verkostojen tasolla. Tampereen teknillisen yliopiston tutkimusryhmällä on taito nähdä näitä muutoksia soluissa ja soluverkostoissa. -Avainasemassa on muovautuvuus eli aivojen kyky tuottaa uusia solurakenteita ja yhteyksiä solujen välillä, sanoo TTY:n laskennallisen neurotieteen ja neuroinformatiikan tutkimusryhmää Tampereella Hervannassa johtava Marja-Leena Linne. Ryhmä tutkii muovautuvuuden mekanismeja oppimiseen ja muistiin liittyvissä soluissa ja hermoverkoissa. Työtä tehdään tutkimalla solujen ja verkostojen biologisia signaaleita ja työstämällä tapahtumista monimutkaisia matemaattisia malleja ja simulaatioita. Kun aloitat uuden asian opettelun, aivosoluihin ja niiden pinnalla tietoa välittäviin liitoskohtiin eli synapseihin jää jälki. Kun opit jotakin pysyvästi, se jättää erilaisen jäljen. -Jos opettelet tunteja tai päiviä, solut alkavat rakentaa uusia valkuaisainerakenteita. Muistista ei voi puhua yksittäisten solujen tasolla. Muistiin tarvitaan hermoverkkoja ja eri aivoalueita. Myös verkkojen tasolla aivot muovautuvat koko ajan. Aivoissa on lähes 200 miljardia solua Ihmisen aivoissa on lähes 200 miljardia solua. Synapseja voi yhdessä ainoassa solussa olla satojatuhansia. Aivosoluista hermosoluja on noin puolet. Toinen puoli on erilaisia tukisoluja ja joitakin muita solutyyppejä. Linnen tutkimusryhmässä tutkitaan ja mallinnetaan sekä hermosoluja ja tukisoluja että niiden verkostoja. Erityisen kiinnostuksen kohteena ovat paikalliset hermoverkot. Ne ovat 10-100 hermosolun laajuisia soluryppäitä, joita aivot tuottavat. -Haluamme tietää, kuinka hermosolut ja tukisolut työskentelevät yhdessä niiden muodostamassa hermoverkossa. Verkostojen tutkiminen solujen rinnalla on tärkeätä, sillä tiedon avulla saatetaan päästä käsiksi aivosairauksiin. Kuten siihen, mikä on muuttunut, kun Alzheimer puhkeaa. -On tärkeätä tietää, mitä on taustalla, kun joku asia menee vinoon pidemmäksi aikaan. Mitä tapahtuu soluryppään tasolla? Mikä häiriö verkostossa on? TTY:n tutkimusryhmä rakentaa matemaattisia malleja siitä, miten hermoverkot toimivat. Työn alla on muun muassa malli siitä, miten kalsium käyttäytyy ja kerääntyy soluissa ja synapseissa. Kalsium on tärkeä viestinviejä solujen ja ulkomaailman välillä. Se on myös tärkeä soluverkkojen tilan säätelijä. Mitä tarkemmin kalsiumin käyttäytymistä osataan kuvata, sitä enemmän tiedetään, mikä on sen rooli sairauksien synnyssä. Malli ei synny hetkessä: yhteen malliin tarvitaan jopa satoja differentiaaliyhtälöitä. Yhtälöiden matemaattinen muotoilu kestää 1-2 vuotta. Tämän jälkeen itse koodaaminen ja simulaatio syntyvät muutamassa päivässä. Tärkeätä olisi, että mallit saataisiin tehtyä nopeammin ja että ne saataisiin muiden tutkijoiden käyttöön mahdollisimman pian. -Aivotutkimuksen suuri haaste on, kuinka aivotutkijoiden keräämä paras tieto saadaan mahdollisimman nopeasti mahdollisimman monen käyttöön. TTY on mukana miljardin euron aivohankkeessa Tähän haasteeseen yrittää vastata Human Brain Project. Se on jättimäinen aivotutkimushanke, jolle EU on vuonna 2013 myöntänyt miljardi euroa. Tampereen tutkimusryhmä on yksi mukana olevista yli sadasta huippututkimusryhmästä. Linne on päässyt ydinryhmään, joten TTY on mukana projektissa sen loppuun eli vuoteen 2023 saakka. Sveitsiläisen aivotutkijan Henry Markramin perustaman jättihankkeen tavoite on tuottaa ja koota yhteen mahdollisimman paljon tietoa siitä, kuinka aivot toimivat ja kuinka ne käsittelevät ja tallentavat tietoa. Kaikki kerätty biologinen tieto ja tutkimusryhmien työstämät matemaattiset mallit laitetaan avoimiin tietokantoihin kaikkien saataville. Lisäksi tuotetaan teknologiasovelluksia, joiden avulla valtavaa datamassaa voidaan hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti. Julkisuudessa projekti on esitelty aivojen virtuaalimallin rakentamisena. Pelkästään tästä ei Linnen mukaan ole kysymys. -Pyrkimys on luoda tietotekninen infrastruktuuri, jonka avulla aivotutkijat voivat työskennellä nopeammin ja tehokkaammin. Pääsy mukaan jättihankkeeseen on antanut jo lyhyessä ajassa valtavasti. -Me olemme todella hyvin verkottuneet. Olemme osa eurooppalaista aivotutkijoiden verkostoa. -Minulle itselleni tämä on ollut elinehto. Olen tutkinut aivoja jo 25 vuotta. Nyt olen noussut aivan eri tasolle tutkijana. Aivoista kannattaa pitää hyvää huolta Kuinka paljon aivojen toiminnasta voimme lopulta tietää, kaiken? -Uskon, että 5-10 vuoden kuluessa ymmärrämme jo paljon enemmän siitä, millä aivoalueilla ja miten aivoihin tulevia aistihavaintoja käsitellään. Tiedämme myös enemmän siitä, mitä tapahtuu, kun joku aivojen alue tai verkosto jää pois pelistä. Siihen, miksi olemme tietoisia ja ymmärrämme meitä ympäröivää maailmaa, menee vielä pitempi aika. Puhut Tampere-talolla ensi lauantaina eli 23.1. järjestettävässä Valoa pimeyteen -tiedetapahtumassa muistin ja oppimisen mekanismeista. Mikä on viestisi kuulijoille? - Aivot ovat elinehto sille, että toimimme ja ymmärrämme että olemme olemassa. Niistä kannattaa pitää hyvää huolta. Valoa pimeyteen -tiedetapahtuman ohjelma löytyy täältä Vesa Vanhalakka Twitterissä: @vanhalakka Aivot Human Brain Project, HBP HBP on jättimäinen eurooppalainen aivotutkimushanke. Se on EU:n lippulaivahanke. Se sai tammikuussa 2013 EU:lta miljardin euron rahoituksen kymmeneksi vuodeksi. Projekti käynnistyi virallisesti lokakuussa 2013. Mukana on 24 maata, 112 tutkimuslaitosta ja 120 tutkimusryhmää. Tavoitteena on tuottaa tietoa aivoista ja rakentaa tietotekninen infrastruktuuri, jonka avulla voidaan selvittää, kuinka aivot toimivat. Tulevaisuudessa tutkijoiden käytössä ovat projektin tuottamat tietokannat, simulaatiot ja mallit sekä teknologiasovellukset. Tampereen teknillisen yliopiston neurotieteen ja neuroinformatiikan tutkimusryhmä on ollut mukana vuodesta 2014 saakka, ja jatkaa hankkeessa sen loppuun eli vuoteen 2023 saakka.


← Arkistoon

Tämä juttu on vanhan sivustomme juttu. Se saattaa olla puutteellinen sisällöltään. Pahoittelemme. Tutustu uusimpiin juttuihimme etusivulla

Pääaiheet