Mallinnus apuna Alzheimerin taudin tutkimisessa

Neurotieteen tutkimus tuottaa jatkuvasti valtavan määrän yksityiskohtaista tietoa aivoista. Tietoa kerätään esimerkiksi niistä mekanismeista, jotka muodostavat aivojen muovautuvuuden perustan. Laskennallinen neurotiede ja tietotekniset ratkaisut auttavat aivojen kokonaisvaltaisen toiminnan ymmärtämisessä. Muun muassa mittausdatan tallentamiseen ja jakamiseen tarkoitetut tietokannat, signaali- ja kuva-analyysityökalut sekä mallinnus- ja tietokonesimulaatiotyökalut pyrkivät edistämään mittausdatan maailmanlaajuista käytettävyyttä.

Diplomi-insinööri Eeva Toivari tutkii väitöskirjassaan matemaattisia malleja, jotka on tehty kuvaamaan aivojen muovautuvuutta molekyylitasolla. Lisäksi hän tarkastelee matemaattisten mallien simulointiin tarkoitettujen työkalujen käytettävyyttä ja ominaisuuksia. Mallien ja simulaatiotyökalujen tutkimuksen tavoitteena on edistää laskennallisen neurotieteen alaa ohjaamalla tutkijat jakamaan mittausdatansa ja niistä muodostetut matemaattiset mallit tavalla, joka mahdollistaisi yhden mittausdatan käytön useissa eri tutkimusryhmissä.

–Puutteellisten tietojen vuoksi mallit ovat usein käyttökelvottomia muille kuin niiden kehittäjille. Laskennallisen neurotieteen yhtenä haasteena on luoda yhteensopivia simulaatiotyökaluja, ja näin helpottaa simulaatioprosessia. Laskennallisen neurotieteen yhteisön yhteiset standardit ja työkalujen yhteensopivuus mahdollistaisivat luotettavamman ja tehokkaamman tavan mallintaa ilmiöitä, toteaa Toivari.

Väitöskirjassa matemaattisen mallinnuksen sovelluksena toimii tutkimus häiriytyneestä kalsiumsignaloinnista hermotukisoluissa.

–Kalsiumsignalointia käytetään hyvin monenlaisen informaation siirtoon soluissa. Pitkittyessään häiriytynyt kalsiumsignalointi saattaa aiheuttaa kroonisia sairauksia. Esimerkiksi Alzheimerin taudin kehitykseen liitetyn beeta-amyloidipeptidin on tutkittu vaikuttavan solunsisäiseen kalsiumsignalointiin.

Toivarin väitöskirjan tulokset osoittavat kalsiumkuvantamisen ja mallinnuksen keinoin, että beeta-amyloidipeptidin ja välittäjäaineiden yhteisvaikutus kalsiumsignalointiin on moninkertainen verrattaessa pelkän välittäjäaineen tai beeta-amyloidipeptidin vaikutuksiin. Tietokonemallien avulla saadut tulokset vahvistavat hypoteesia beeta-amyloidipeptidin osallistumisesta Alzheimerin taudin kehittymiseen.

Väitöstilaisuus perjantaina 1.2.

Diplomi-insinööri Eeva Toivarin laskennallisen neurotieteen alaan kuuluva väitöskirja Evaluation of simulation tools and modeling of calcium signaling in brain cells ("Simulaatiotyökalujen arviointi ja kalsiumsignaloinnin mallinnus aivosoluissa") tarkastetaan Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) tieto- ja sähkötekniikan tiedekunnassa perjantaina 1.2.2013 kello 12.00 Tietotalon salissa TB109 (Korkeakoulunkatu 1, Tampere).

Vastaväittäjänä toimii Associate Professor Aušra Saudargiené (Vytautas Magnus University, Kaunas, Liettua). Tilaisuutta valvoo dosentti Marja-Leena Linne TTY:n signaalinkäsittelyn laitokselta.

Eeva Toivari (32) on kotoisin Pirkkalasta ja työskentelee kemistinä Satakunnan keskussairaalassa.

Lisätietoja: Eeva Toivari, puh. 050 348 0863, etunimi.sukunimi@satadiag.fi