Aivotutkijat ovat pitkään tienneet, mitkä aivoalueet toimivat yhdessä. Mutta he eivät ole tienneet, mitä reittejä pitkin nämä alueet viestivät. Helsingin yliopistossa kehitetty menetelmä tarjoaa uuden tavan katsoa aivoverkostoja ja niiden toimintaa.
Sairaalafyysikko Viljami Sairanen kehitti matemaattisen mallin, joka yhdistää kaksi eri kuvantamismenetelmää. Ensimmäinen mittaa aivojen toimintaa, toinen aivojen rakennetta. Malli arvioi, mitä hermorataverkostoja pitkin toiminnalliset yhteydet voivat rakenteellisesti välittyä.
Hermoradat paljastuvat: menetelmä tarkastelee aivoverkkoja uudesta näkökulmasta
Menetelmä tuotti anatomisesti mahdollisia tuloksia sekä simuloiduissa aineistoissa että oikeilla ihmisillä. Testit antoivat saman tuloksen, kun ne toistettiin.
Nykyiset menetelmät kertovat, mitkä aivoalueet ovat yhteydessä toisiinsa, mutta eivät tarkasti sitä, mitä rakenteellisia reittejä pitkin yhteys voi kulkea. Sairasen kehittämä menetelmä täyttää sen aukon. Tässä työssä menetelmää sovellettiin MRI-mittauksiin, mutta teoriassa se toimii myös muiden mittaustapojen kanssa, kuten EEG:n, MEG:n.
Sovelluksia sairauksista liikenteeseen
Tulevaisuudessa menetelmää voisi soveltaa neurologisten sairauksien tutkimukseen. MS-taudissa aivomuutokset vaihtelevat paljon potilaiden välillä. Menetelmä voisi auttaa selvittämään, miten paikalliset vauriot vaikuttavat laajempiin aivoverkostoihin. Se voisi myös tukea leikkausten suunnittelua ja kuntoutusta.
Sairasen mukaan menetelmä toimii myös aivotutkimuksen ulkopuolella. Sitä voisi käyttää esimerkiksi liikenne- ja logistiikkaverkostojen analysointiin.
Menetelmä ei vielä kuvaa hermosignaalien kulkua tai syy-seuraussuhteita. Se kuvaa rakenteellisesti mahdollisia reittejä. Sairanen aikoo laajentaa mallia myöhemmin myös aivojen muuttuvien prosessien kuvaamiseen.
Alkuperäinen artikkeli:
Viljami Sairanen; From nodes to pathways: an edge-centric model of brain function-structure coupling via constrained Laplacians. Network Neuroscience 2026; doi:
Lisätietoja:
Puh. 050 302 8895
EEG eli elektroenkefalografia mittaa aivojen sähköistä toimintaa. Pään iholle kytketyt elektrodit rekisteröivät hermosolujen tuottamia sähköisiä signaaleja millisekuntien tarkkuudella.
MEG eli magnetoenkefalografia mittaa samaa ilmiötä, mutta rekisteröimällä aivojen tuottamia magneettikenttiä. MEG avulla saadaan tarkempaa tietoa siitä, missä aivojen osa toiminta tapahtuu.
Molempia käytetään esimerkiksi epilepsian tutkimuksessa ja aivojen toiminnan kartoittamisessa.
MRI eli magneettikuvaus tuottaa tarkkoja kuvia kehon rakenteista magneettikentän ja radioaaltojen avulla. Laite ei käytä röntgensäteilyä. MRI sopii erityisen hyvin pehmytkudosten, kuten aivojen, lihasten ja nivelten kuvaamiseen. Toiminnallinen MRI (fMRI) mittaa epäsuorasti aivojen toimintaa.