Tulevaisuuden teknologia ottaa mallia aivoista - Tampereen teknillinen yliopisto

Tulevaisuuden teknologia ottaa mallia aivoista

Marja-Leena Linne on laskennallisen neurotieteen ja neuroinformatiikan uranuurtaja Suomessa. Neurotiede ja neuroinformatiikka voivat olla uudenlainen perusta tulevaisuuden tietotekniikalle. Yhdessä ne voivat myös auttaa ymmärtämään entistä paremmin neurologisten ja psykiatristen häiriöiden syntyä.

Vanhempi tutkija Marja-Leena Linne työskentelee TTY:n signaalinkäsittelyn laitoksella laskennallisen neurotieteen tutkimusryhmän johtajana.Hän toi aikanaan tämän uuden tutkimusalueen Suomeen USA:sta työskenneltyään siellä tutkijana.

TTY:n laskennallisen neurotieteen ryhmä on kehittänyt uusia matemaattisia mallinnustapoja kuvaamaan aivojen toimintaa solu- ja molekyylitasoilla. Tällä alalla se on maailman kärkitoimijoita.

− Olemme tehneet uusia avauksia nimenomaan satunnaisuuteen perustuvien mallien kehittämiseksi. Niitä tarvitaan, kun pitää pystyä kuvaamaan aivojen alati muuttuvaa olemusta. Tällaiset menetelmät ovat yksi silta, jota pitkin viemme uusiin teknologiasovelluksiin sen, mitä aivoissa tapahtuu.

Informatiikan työkalut avaavat mysteeriä

Perinteinen kokeellinen neurotiede on tuottanut runsaasti yksityiskohtaista tietoa aivoista, mutta silti aivot ovat ihmisen huonoiten tunnettu elin.  Neuroinformatiikka hyödyntää tietotekniikan ja informatiikan menetelmiä aivotutkimuksessa. Tutkimus täydentyy, kun aivoihin päästään käsiksi uudella tavalla. Työssä käytetään mallinnus- ja tietokonesimulaatiotyökaluja sekä signaali- ja kuva-analyysityökaluja. Aivoja koskevien tietojen tallentamista ja jakamista varten luodaan tietokantoja. 

− Tutkimus lisää ymmärrystämme siitä, miten aivot käsittelevät informaatiota eri fyysisillä tasoilla, solutasolta koko aivojen tasolle asti, ja miten ne esimerkiksi oppivat. Kun pystymme mallintamaan tämän matemaattisesti, voimme kehittää aivotoimintoja matkivia teknologiasovelluksia esimerkiksi robotiikkaan, Marja-Leena Linne perustelee. 

Myös tietojärjestelmät ovat uusi merkittävä sovellusala. Niiden toiminta voisi perustua nykyistä enemmän aivojen tapaan tallentaa ja hakea tietoa, "insinöörilähtöisten" tapojen sijaan.

Kun aivojen häiriötiloja opitaan ymmärtämään paremmin, voidaan kehittää uusia hoitoja. Esimerkiksi muistisairaudet ovat kasvava ongelma.

− Jos ymmärrämme sitä monimuotoista tapaa, jolla aivot reagoivat muuttuvaan ympäristöömme, voimme myös ennakoida, mikä muutos voi olla vaaraksi ja aiheuttaa sairastumista.

Neuroinformatiikka auttaa luomaan uusia hoidon päätöksentekojärjestelmiä. Esimerkki tästä on Suomessa kehitteillä oleva järjestelmä aivovammojen hoidon seurantaan ja hoitokäytäntöjen parantamiseen.

Aivodata tutkijoiden käyttöön maailmanlaajuisesti 

Neuroinformatiikan tutkimuksessa TTY:llä on näköalapaikka. Kansainvälisen Neuroinformatiikkajärjestön INCF:n  (International Neuroinformatics Coordination Facility) Suomen yksikkö toimii TTY:n signaalinkäsittelyn laitoksella. Marja-Leena Linne koordinoi yksikön toimintaa. Järjestön tutkimusohjelmissa työskentelee satoja tutkijoita eri puolilta maailmaa.

INCF:n tavoite on yhdistää tutkijoita ja neurotieteellistä sekä tietoteknistä tutkimusta entistä vahvemmin. Aivotutkimuksissa ympäri maailman kertyy dataa, joka useimmiten päätyy ehkä vain yhden tutkijan tai tutkimusryhmän käyttöön. Neuroinformatiikka-ala pyrkii siihen, että tämä mittausdata saataisiin tallennettua ja tutkimuskäyttöön maailmanlaajuisesti. 

Neuroinformatiikka edellyttää hyvin monitieteistä lähestymistapaa.  TTY:llä tiiviissä yhteistyössä työskentelevät muun muassa signaalinkäsittelyn, matematiikan, ohjelmistotekniikan ja biotieteiden asiantuntijat.

− Yksi peruste INCF:n yksikön sijaintiin TTY:llä on se, että meillä on tutkimuskohteena laskennallisia menetelmiä käyttäen aivojen toiminta monipuolisesti niin molekyyli-, solu- ja verkkotasolla kuin koko aivojenkin tasolla, Linne sanoo.

Päivittäjä: Mika Puonti, 21.12.2012 12:04.
Asiasanat: tiede ja tutkimus, laskennallinen neurotiede, neuroinformatiikka