3/2014

Aivotutkimus harppaa eteenpäin EU:n jättihankkeessa

Marja-Leena Linne

 

TTY:n laskennallisen neurotieteen tutkimusryhmä seuloutui mukaan Human Brain Project -tutkimushankkeeseen yli 350 hakijan joukosta. Kaikkiaan hakijoista hyväksyttiin parikymmentä viime talvena järjestetyssä hankkeen lisähaussa.
– Kokemukseni mukaan hanke on erittäin hyvin hallinnoitu, ja se on opettanut runsaasti erilaisia EU-projekteihin liittyviä käytäntöjä, ryhmän johtaja Marja-Leena Linne kertoo.

 

TTY:n laskennallisen neurotieteen tutkimusryhmä on mukana mittavassa huippututkimushankkeessa, jonka tulokset auttavat ymmärtämään paremmin oppimiseen ja muistiin johtavia mekanismeja. Tutkimus on maailmanlaajuisestikin uraauurtavaa.

Human Brain Project (HBP) on laaja-alainen ja tiedevetoinen tutkimushanke, jossa selvitetään aivojen rakennetta ja toimintaa sekä aivosairauksiin johtavia mekanismeja. Parhaimmillaan hanke parantaa huimasti miljoonien eurooppalaisten elämänlaatua ja siivittää eurooppalaista alan huippututkimusta.

Jo ensimmäisen vuoden aikana hankkeessa on saavutettu hyviä tuloksia. Niitä esiteltiin syksyllä Saksassa järjestetyssä HBP Summitissa. Siihen osallistui monta sataa HBP-projektin ryhmänvetäjää ja tutkijaa, myös dosentti Marja-Leena Linne Tampereen teknillisen yliopiston signaalinkäsittelyn laitokselta. Linne kertoo, että hankkeessa on kehitetty merkittäviä työkaluja neurotieteilijöille ja teollisuuden kehitysinsinööreille.

– Työkaluja kutsutaan alustoiksi, platformeiksi. Ne uudistavat tavan tehdä neurotiedettä. Alustojen merkitys tutkimuksessa ja opetuksessa tulee olemaan suuri. Tulen käyttämään niitä itsekin alan edistämisessä ja opetuksessa TTY:llä ja Suomessa.

– Niin kutsuttu simulointialusta mahdollistaa jo nyt isojen aivojen kuorikerroksen yhden lohkon toimintojen simuloinnin tietokoneen avulla aiempaa tehokkaammin ja monipuolisemmin. Toinen alusta avaa lääketieteellistä dataa sisältävän ison tietokannan. Kaikki kuusi alustaa julkaistaan ensi vuonna.

Malleja aivojen oppimiseen ja muovautumiseen

Linnen johtama ryhmä keskittyy tutkimaan hermosolujen ja aivojen muiden solujen välistä vuorovaikutusta aivosoluverkoissa. Tavoitteena on tarjota entistä tarkempia, mutta toisaalta laskennallisesti kevyempiä malleja aivojen oppimisen ja muovautumiskyvyn tutkimiseen.

– Haluamme erityisesti selvittää, miten aivosoluverkoissa toimivat erityyppiset solut ohjaavat ja muokkaavat toistensa toimintaa ja korjaavat tehokkaasti signaalinvälityksen ongelmia. Tieteellinen työmme hankkeessa on edennyt mallin määrittelystä toteutukseen.

Human Brain Project on mittava hanke, joka jakaantuu 13 osaprojektiin. Linnen tutkimusryhmä osallistuu teoreettisen neurotieteen osaprojektiin, jossa kehitetään uutta matemaattista teoriaa aivotoimintojen kuvaamiseksi.

– On iso haaste pystyä selittämään, miten geeni-, molekyyli- ja solutasoilla tapahtuva informaation käsittely kuvautuu systeemitason ilmiöiksi aivoissa. Teoreettiset työkalut ja mallinnusmenetelmät ovat lähes ainoa tapa lähestyä asiaa, sillä kokeellisesti voidaan tutkia kerrallaan vain muutaman systeemin osasen toimintaa, Linne toteaa.

Human Brain Project (HBP)

  • Human Brain Project (HBP) on laaja-alainen ja tiedevetoinen huippututkimushanke, jossa kehitetään uudenlaisia neurotieteen työkaluja ja selvitetään aivojen rakennetta ja toimintaa sekä aivosairauksiin johtavia mekanismeja.
  • Hankkeen tulosten toivotaan edistävän aivosairauksien diagnosointia ja hoitoa sekä uudenlaisen, aivojen tavoin toimivan robotiikan ja tietotekniikan kehittämistä.
  • Hanke luo kestävää pohjaa aivodatan entistä tehokkaampaan jatkohyödyntämiseen tulevaisuudessa.
  • Hankkeessa kehitetään muun muassa uudenlaisia tietojärjestelmiä ja ohjelmistoja datan keräämistä ja analysoimista varten, teoreettista viitekehystä tietokonemallinnukseen sekä energiatehokkaita, optimoituja laskenta-alustoja tietokonemallien nopeaan ratkaisemiseen.
  • Teoreettisen neurotieteen osaprojektissa Marja-Leena Linnen tutkimusryhmä työskentelee yhdessä irlantilaisen professori Liam McDaidin ja liettualaisen apulaisprofessori Ausra Saudargienen ryhmien kanssa. Osaprojektia johtaa ranskalainen neurotieteiden huippututkija, professori Alain Destexhe.
  • Human Brain Project -hanketta johtaa sveitsiläinen aivotutkija, professori Henry Markram. Varajohtajana toimii fysiikan professori Karlheinz Meier Saksasta.
  • EU rahoittaa hanketta miljardilla eurolla. Hanke on osa EU:n Future and Emerging Technologies (FET) Flagship-ohjelmaa, joka kannustaa tutkijoita rohkeisiin avauksiin ja tuottaa parhaimmillaan tiedettä, teollisuutta ja yhteiskuntaa hyödyttäviä läpimurtoja.
 

Edellytykset neurotieteen tekemiseen paranevat

Hankkeen osaprojektit ovat tiiviissä vuorovaikutuksessa keskenään. Teoreettisen neurotieteen osaprojekti on yhteistyössä tietokonesimulaatiomalleja tuottavan osaprojektin kanssa sekä hiirestä ja ihmisestä kerättyä dataa tuottavien osaprojektien kanssa. Simulaatiomalleja taas validoidaan tietokanta- ja informatiikka-alustoja kehittävissä neuroinformatiikan osaprojekteissa.

– Tämä on kokonaan uudenlainen toimintatapa tutkijayhteisössä. Näin osaprojektit hyötyvät ja oppivat toisistaan. Työskentelymuotona käytetään työpajoja, mutta myös paljon puhelinkonferensseja, Linne kertoo.

Human Brain Project on yksi EU-komission tulevia ja kehitteillä olevia teknologioita (Future and Emerging Technologies, FET) koskevista lippulaivahankkeista. Kunnianhimoiset lippulaivahankkeet toteutetaan tiiviissä yhteistyössä kansallisten ja alueellisten rahoituslaitosten, teollisuuden ja Euroopan unionin ulkopuolisista maista tulevien yhteistyökumppaneiden kanssa. HBP-hanke saa EU:lta miljardin euron rahoituksen.

Flagshipiä on rahoitusmuotona kritisoitu, samoin Human Brain Project -hanketta. Omien kokemustensa ja näkemänsä perusteella Marja-Leena Linne uskoo vahvasti kumpaankin.

– On esitetty, että HBP-hanke ei ole neurotiedelähtöinen, ja ettei se pysty ratkaisemaan ihmisaivojen salaisuuksia tulevien kymmenen vuoden aikana. Uskon, että merkittäviä edistysaskelia kuitenkin saavutetaan. Erityisesti infrastruktuuri ja työkalut tulevat antamaan paremmat edellytykset ihmisaivojen toiminnan selvittämiseen. Edellytykset tehdä neurotiedettä paranevat!

Instituutista tietoa, tukea ja osaamista

Linne on ollut vahvasti mukana myös Human Brain Project -rahoituksella perustetun Eurooppalaisen teoreettisen neurotieteen instituutin, EITN, kehittämisessä. Instituuttia johtaa professori Alain Destexhe. Instituutti kokoaa alan eurooppalaiset edustajat yhteen ja luo edellytyksiä entistä paremmalle yhteistyölle.

– Jo ensimmäisen puolen vuoden aikana verkottumiseni Euroopassa on lisääntynyt huomattavasti. Tiedän entistä paremmin mitä missäkin tehdään ja voimme täydentää toistemme tutkimuksia!

Linnen tavoitteena on saada Suomessa lisärahoitusta, joka tukisi alan tietämyksen siirtämistä suomalaisen tutkijakunnan käyttöön.

– Tavoitetta tukee se, että instituutissa toimiminen luo merkittävää näkyvyyttä niin TTY:lle, tutkimusryhmälle kuin itsellenikin. Olen ollut jo useamman kerran kutsuttuna puhujana instituutissa järjestetyissä työpajoissa ja jatkossa oman tutkimusryhmäni jäsenet tulevat myös vierailemaan instituutissa.

Human Brain Project

The European Institute for Theoretical Neuroscience (EITN)


Teksti: Marjut Kemiläinen
Kuva: Marjaana Malkamäki

 
Kerro kaverille
Keinoluumateriaalia suoraan leikkaussalin hyllyltä
Keinoluumateriaalia suoraan leikkaussalin hyllyltä
3/2014
Keinoluumateriaalia suoraan leikkaussalin hyllyltä
Biohajoava nivelimplantti kasvattaa suosiotaan maailmalla
Biohajoava nivelimplantti kasvattaa suosiotaan maailmalla
3/2014
Biohajoava nivelimplantti kasvattaa suosiotaan maailmalla
Tietokone tottelee hymyä
Tietokone tottelee hymyä
3/2014
Tietokone tottelee hymyä
Pinta pelottaa bakteeria
Pinta pelottaa bakteeria
3/2014
Pinta pelottaa bakteeria
Biotekniikka tehostaa uusien lääkkeiden valmistusta
Biotekniikka tehostaa uusien lääkkeiden valmistusta
3/2014
Biotekniikka tehostaa uusien lääkkeiden valmistusta
Uusi tieto motivoi akatemiatutkijaa
Uusi tieto motivoi akatemiatutkijaa
3/2014
Uusi tieto motivoi akatemiatutkijaa
15 000 litran cocktail suoraan keuhkoihin
15 000 litran cocktail suoraan keuhkoihin
3/2014
15 000 litran cocktail suoraan keuhkoihin
Alumnien potentiaali hyötykäyttöön
Alumnien potentiaali hyötykäyttöön
3/2014
Alumnien potentiaali hyötykäyttöön
Miksi uusi vaate haisee?
Miksi uusi vaate haisee?
3/2014
Miksi uusi vaate haisee?
Yrityksen turvallisuustyö ulottuu myös vapaa-aikaan
Yrityksen turvallisuustyö ulottuu myös vapaa-aikaan
3/2014
Yrityksen turvallisuustyö ulottuu myös vapaa-aikaan
Pysäköinti muuttui maksulliseksi
Pysäköinti muuttui maksulliseksi
3/2014
Pysäköinti muuttui maksulliseksi
Tenure track -tehtävät ovat nyt avoinna
Tenure track -tehtävät ovat nyt avoinna
3/2014
Tenure track -tehtävät ovat nyt avoinna
Koska koodaaminen on joka tytön oikeus!
Koska koodaaminen on joka tytön oikeus!
3/2014
Koska koodaaminen on joka tytön oikeus!

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi