Päivi Nevalainen etsii epilepsian sähköisiä sormenjälkiä

Aivojen hermoverkoissa piilee merkittävä paradoksi. Samat sähköiset verkostot, jotka mahdollistavat ajattelumme, muistimme ja monimutkaisimmat kognitiiviset toimintomme, kääntyivät epilepsiassa itseään vastaan. Hallitsematon sähköinen tahdistuminen vyöryy hermoverkkojen läpi kuin lumivyöry ja estää aivojen normaalin toiminnan. Ulospäin tämä näkyy epileptisenä kohtauksena.

”Minusta on äärimmäisen mielenkiintoista, miten aivoverkkojen sähköinen toiminta normaalitilassa tukee monimutkaisia kognitiivisia toimintojamme ja toisaalta epilepsiassa luisuu pois raiteiltaan”, Päivi Nevalainen sanoo.

Nevalainen on kliinisen neurofysiologian dosentti ja erikoislääkäri Helsingin yliopistollisessa sairaalassa. Hän johtaa tutkimusryhmää, joka etsii aivojen sähkötoiminnasta uusia piirteitämerkkiaineita (biomarkkereita), joiden avulla epilepsiakohtauksia tuottavat aivoalueet paikantuvat entistä tarkemmin.

Aivojen sisältä näkee tarkemmin

Nevalaisen tutkimuksen ytimessä on harvinainen mittausmenetelmä. Vaikeaa epilepsiaa sairastaville potilaille asetetaan kirurgisen hoidon esiselvittelyjen yhteydessä elektrodejita suoraan aivojen sisään. Nämä elektrodit mittaavat aivosähkötoimintaa huomattavasti tarkemmin kuin pään pinnalta tehtävä perinteinen aivosähkökäyrä.

”Aivojen sisältä rekisteröitävä aivosähkökäyrä ja aivojen suora sähköstimulaatio luovat harvinaisen mahdollisuuden tutkia aivohermoverkkojen toimintaa”, Nevalainen kertoo.

Käytännössä tutkimustyö tapahtuu pääosin tietokoneella. Nevalaisen ryhmä analysoi signaalidataa laskennallisilla menetelmillä ja koneoppimisella. Tavoitteena on tunnistaa aivosähkökäyrästä uusia piirteitä ja niiden yhdistelmiä, joilla kohtauksia tuottava alue rajataan aiempaa luotettavammin. Lisäksi ryhmä tutkii, voidaanko kohtausten alkua ennakoida.

Prospektiivista aineistoa kerättäessä tutkijat tekevät myös suoraa aivostimulaatiota potilaan vierellä sairaalassa. Näin he tutkivat aivoverkkojen kausaalisia yhteyksiä. Ei vain sitä, mitkä alueet ovat aktiivisia samanaikaisesti, vaan sitä, mikä todella vaikuttaa mihinkin.

Monialainen tiimi ja kansainväliset verkostot

Nevalaisen tutkimusryhmässä työskentelee kuusi väitöskirjaopiskelijaa, kaksi post-doc-tutkijaa, opinnäytetyöntekijä ja tutkimusassistentti. Ryhmän vahvuus on monialaisuus: jäsenissä on lääkäreitä, insinöörejä ja fyysikoita.

”Insinööri- ja fysiikkataustaiset jäsenet ovat erityisesti vastuussa uusien laskennallisten menetelmien kehittämisestä ja lääkäritaustaiset menetelmien soveltamisesta potilasaineistoihin”, Nevalainen kuvaa työnjakoa.

Ryhmä kokoontuu kahden viikon välein jakamaan tuloksia ja oppimaan toisiltaan. Yhteistyöverkosto ulottuu Aalto-yliopistosta Montrealin neurologiseen instituuttiin, Kööpenhaminan Rigshospitaletiin ja Yhdysvaltojen Duke-yliopistoon. Kansainvälinen yhteistyö on välttämätöntä paitsi suuremman aineiston keräämiseksi, myös tulosten yleistettävyyden varmistamiseksi.

”Haluamme kehittää menetelmiä, joita voidaan käyttää epilepsiapotilaiden hyväksi ympäri maailman.”

Jokainen potilas on yksilö

Yksi tutkimuksen yllättävimmistä havainnoista on ollut, kuinka yksilöllisesti eri signaalidatamarkkerit toimivat eri potilailla. Epilepsia ei ole yksi sairaus vaan kokonainen sairauksien ryhmä, ja se näkyy myös aivosähkötoiminnassa.

”Potilaiden käsitteleminen yksilöinä on aivan keskeistä tutkimusasetelmiemme kehittämisessä ja analyysitapojen valinnassa”, Nevalainen toteaa.

Tämä yksilöllisyys tekee tutkimuksesta haastavaa, mutta samalla se ohjaa kohti täsmällisempiä, kullekin potilaalle räätälöityjä hoitoratkaisuja.

Sairaus, joka ansaitsee enemmän huomiota

Nevalainen haluaa korjata yleisen väärinkäsityksen. Epilepsiaa ei aina mielletä vakavaksi sairaudeksi, mutta todellisuus on toinen. Kohtaukset voivat olla ovat fyysisesti vaarallisia ja sosiaalisesti stigmatisoivia. Pitkittynyt kohtaus voi aiheuttaa aivovaurion tai johtaa kuolemaan. Epilepsiaan liittyy masennusta, muistiongelmia ja ammatillisten vaihtoehtojen kaventumista. Sairaus alkaa usein jo lapsuudessa.

”Kliinisessä työssä kohtaan jatkuvasti potilaita, joiden arki on rajoittunutta. He eivät voi ajaa autoa, työmahdollisuudet ovat kapeat ja kohtausten pelko varjostaa jokaista päivää”, Nevalainen kuvaa.

Kohti parempaa hoitoa

Jos tutkimus onnistuu, yhä useampi vaikeaa epilepsiaa sairastava hoidetaan leikkauksella ja hoitotulokset paranevat. Neuromodulaatiota (aivojen sähköistä säätöhoitoa) räätälöidään yksilöllisesti niille, joille perinteinen kirurgia ei sovellu. Pitkällä aikavälillä Nevalainen näkee vielä suuremman kysymyksen: voidaanko aivojen sisällä kehitettyjä menetelmiä soveltaa kajoamattomiin mittauksiin ja siten tutkia laajempia potilasryhmiä? Voidaanko jopa ennakoida epilepsian puhkeamista riskiryhmissä?

Emil Aaltosen säätiön rahoitus mahdollistaa tutkimusryhmän työn käynnistämisen ja vakiinnuttamisen juuri ratkaisevalla hetkellä. Se kattaa väitöskirjatyöntekijöiden palkkauksen ja tulosten esittelyn kansainvälisissä konferensseissa.

”Työssä täytyy pysyä hyvin nöyränä, sillä ymmärryksemme aivohermoverkkojen toiminnasta on edelleen varsin pinnallista”, Nevalainen muistuttaa. Juuri siksi tätä työtä pitää tehdä.

Päivi Nevalainen on lääketieteen tohtori, kliinisen neurofysiologian dosentti ja erikoislääkäri Helsingin yliopistollisessa sairaalassa. Hän työskentelee puolet työajastaan HUS:n Uudessa Lastensairaalassa epilepsiapotilaiden parissa ja johtaa monialaista tutkimusryhmää, joka kehittää laskennallisia menetelmiä vaikean epilepsian diagnostiikkaan ja hoitoon. Emil Aaltosen säätiön apuraha tukee väitöskirjatyöntekijöiden palkkaamista ja vahvistaa Nevalaisen asemaa itsenäisenä tutkijana.