Kehittyvien aivojen arvoitusta ratkomassa – FinnBrainin ensimmäinen EEG-väitös lähestyy
Keväällä 2015 olin tuore ylioppilas ja hakemassa lääketieteelliseen toteuttaakseni haaveeni lääkärin ammatista. Lukion uravalintaesseessä pohdin seuraavaa: ”Haen lääketieteelliseen, sillä luonnontieteet kiinnostavat, mutta en näe itseäni tutkijana tai opettajana.” Nyt, tasan kymmenen vuotta myöhemmin ja vajaat kaksi viikkoa ennen väitöstilaisuutta, voin todeta nuoremmalle itselleni: taisitpa muuten muutaman mutkan kautta yhdistää lopulta nuo kaikki.
Opinnäytetyöstä kohti väitöskirjaa
Aloitin FinnBrain-tutkimushankkeessa keväällä 2017 opinnäytetyöni ja toimin aluksi tutkimusavustajana 3-vuotiaiden EEG-käynneillä vuosina 2017–2018. Minulle oli alusta asti selvää, että tutkimusaiheeni tulisi liittymään tavalla tai toisella hermoston toimintaan. Kehittyvien aivojen tutkiminen tarjosi kiinnostavan haasteen – mikä olisikaan arvoituksellisempaa kuin ihmisen monimutkaisin elin, erityisesti silloin, kun se on vielä jatkuvassa muutoksessa ja kypsymisvaiheessa! Päädyin jatkamaan opinnäytetyöni jälkeen väitöskirjatutkijana FinnBrainin aivokuvantamisen osatutkimuksessa.
EEG:llä tietoa aivojen toiminnasta
Päämenetelmänä väitöskirjatutkimuksessani on aivosähkökäyrä eli EEG. Viime vuonna 100-vuotista taivaltaan juhlinut EEG on yksi vanhimmista aivojen toiminnan tutkimusmenetelmistä, ja sen kehitti vuonna 1924 saksalainen psykiatri Hans Berger. EEG:llä voidaan tallentaa aivojen sähköistä toimintaa eri puolille päätä kiinnitettävien elektrodien avulla ja havaita muutoksia sähköisessä toiminnassa erittäin tarkasti – jopa millisekuntien tasolla!
Kenties tunnetuin EEG:n kliininen käyttökohde on epilepsian diagnostiikka ja seuranta. EEG:n avulla voidaan havaita aivojen poikkeavaa sähköistä toimintaa ja pyrkiä arvioimaan sen todennäköistä sijaintia aivokuorella. EEG onkin lähes jokapäiväinen diagnostinen apuväline lääkärin työssäni lastenneurologialla. FinnBrain-hankkeessa olemme kuitenkin ensisijaisesti kiinnostuneita aivojen normaalissa sähköisessä toiminnassa havaittavista ryhmätason eroista. Tämän vuoksi yksittäisen lapsen EEG-käyrä ei yleensä vielä käynnin aikana kerro tutkijalle juuri mitään. Käynnin jälkeen kerätty EEG-data käy usein läpi pitkän käsittelyprosessin, jossa siitä poistetaan häiriöitä, lasketaan tutkimuksen kohteena olevia aivotoiminnan muuttujia ja tutkitaan niiden yhteyksiä kiinnostuksen kohteena oleviin ilmiöihin, kuten varhaisiin ympäristötekijöihin.
Syntymästä lapsuuteen – FinnBrainilla EEG-aineistoa pian kolmesta ikäpisteestä
FinnBrainin EEG-käyntejä on aiemmin järjestetty vastasyntyneille ja 3-vuotiaille, ja tällä hetkellä käynnissä ovat vuonna 2022 alkaneet 9-vuotiaiden EEG-käynnit. Tutkimuskäynneillä elektrodien asettelu tapahtuu tätä varten suunnitellun erityisen myssyn avulla, jonka pukeminen sujuu varsin nopeasti. Tämän jälkeen alkaa käynnin ehkä aikaa vievin osuus – geelin lisääminen elektrodeihin ja päänahan kevyt rapsuttelu. Geelin lisäämisen tarkoituksena on parantaa elektrodin ja ihon välistä sähkönjohtavuutta ja vähentää näin EEG-käyrässä esiintyvää häiriötä. Häiriön määrään vaikuttavat myös esimerkiksi hiuspohjan rasvaisuus ja muotoilutuotteet, minkä vuoksi monelle EEG-käynnillä olleelle onkin saattanut jäädä mieleen kutsukirjeen pyyntö saapua paikalle puhtain hiuksin. Erityisesti 3-vuotiaiden kohdalla geelin lisääminen ja rapsuttelu saattoivat tuntua aluksi jännittäviltä – silloin apuun riensivät Ryhmä Hau, Pipsa Possu ja tietenkin EEG-tutkimuksen oma nalle, jonka pikkuruinen EEG-myssy päätyi usein myös lasten mukana saapuneiden pehmokavereiden päähän!
3-vuotiaiden EEG-käyntien lopputuloksena vuonna 2018 syntyi maailmanlaajuisestikin erityinen EEG-aineisto – kaikkiaan 127 reipasta 3-vuotiasta FinnBrain-lasta osallistui lopulta tutkimukseen. Aineisto toi uutta tietoa taaperoikäisten ikäryhmästä, jossa EEG-mittauksia oli aiemmin tehty varsin vähän.
Väitöskirjatutkimus: äidin raskaudenaikainen masennusoireilu ja raskauden kesto ovat yhteydessä lapsen aivojen sähköiseen toimintaan
Kahden viikon kuluttua julkisesti tarkastettavalla väitöskirjallani on kunnia olla ensimmäinen FinnBrain-tutkimushankkeen EEG-aineistosta valmisteltu väitöskirja. Väitöskirjani ensimmäisessä osatutkimuksessa tarkastelin äidin raskaudenaikaisen masennusoireilun yhteyttä 3-vuotiaan lapsen reaktioihin tunnepitoisille äänille. Lapsille soitettiin tutkimuskäynnillä äänisarjaa, jossa neutraalien tavujen seassa esiintyi satunnaisesti yllättäviä – iloisia, surullisia tai vihaisia – huudahduksia. Nämä vaihtelut äänisarjassa saavat aikaan erittäin nopean, esitietoisella tasolla tapahtuvan reaktion, joka voidaan nähdä muutoksena EEG:ssä jo millisekunteja yllättävän äänen jälkeen. Tutkimuksessani havaitsin, että enemmän raskaudenaikana masennusoireita raportoineiden äitien lapset reagoivat heikommin iloisiin ääniin, verrattuna vähemmän masennusoireita raportoineiden äitien lapsiin.
Kolmannessa osatyössäni tarkastelin vastasyntyneiden ja 3-vuotiaiden aivojen sähköistä toimintaa jaksottaisen (periodisen) ja jaksottoman (aperiodisen) toiminnan avulla. Aperiodinen aktiivisuus on aivojen tietynlaista taustatoimintaa, jonka on aikaisemmissa tutkimuksissa osoitettu muuttuvan ihmisen ikääntyessä ja ajateltu näin heijastavan muun muassa aivojen kypsymistä. Havaitsin, että raskauden kesto oli yhteydessä aivojen aperiodisen aktiivisuuden muutoksiin paitsi vastasyntyneillä, niin, mielenkiintoista kyllä, myös kolmevuotiailla lapsilla. Kolmevuotiailla lapsilla havaittu yhteys oli vastasyntyneitä voimakkaampi.
Väitöskirjani toista osatyötä ei toteutettu FinnBrain-aineistolla. Siinä tarkastelin raskauden keston ja ennenaikaisen syntymän yhteyttä aivojen aperiodiseen toimintaan toiminnallisen magneettikuvantamisen (fMRI:n) avulla vastasyntyneillä.
FinnBrain EEG – tulevaisuuden näkymiä
FinnBrain-tutkimushankkeessa olemme kiinnostuneita lasten terveyteen ja hyvinvointiin vaikuttavista tekijöistä, kuten esimerkiksi tässä väitöskirjatutkimuksessa äidin raskaudenaikaisesta hyvinvoinnista ja raskauden kestosta. Vaikka tutkimuksessa havaittiinkin eroavaisuuksia lasten aivojen sähköisessä toiminnassa, tulee näiden erojen merkitystä lapsen myöhemmän kehityksen kannalta kuitenkin tutkia lisää. Nykytiedon perusteella nimittäin vaikuttaa siltä, ettei stressi vaikuta samalla tavalla kaikkien lasten kehitykseen, vaan tähän vaikuttavat myös mm. syntymän jälkeiset suojaavat tekijät eli resilienssi. Lisäksi stressin vaikutukset eivät välttämättä ole negatiivisia, vaan lyhytkestoisena ja sopivina määrinä stressi voi vaikuttaa kehitykseen myös suotuisalla tavalla. FinnBrain-tutkimushanke mahdollistaa lapsen kehityksen seuraamisen pitkälle tulevaisuuteen. Yhtenä mielenkiintoisena kysymyksenasetteluna tulevaisuudessa voisikin olla se, näkyvätkö tässä väitöskirjatutkimuksessa tehdyt havainnot edelleen myös pian valmistuvassa 9-vuotiaiden EEG-aineistossa.
Kohti väitöstä – kiitos perheille ja tutkimusryhmälle!
8-vuotinen matkani kohti väitöstä on pian päätöksessään. Matkan varrelle on mahtunut paljon – valmistuin lääkäriksi vuonna 2021 ja aloitin lastenneurologian erikoistumisopinnot vuonna 2023. Samoihin aikoihin aloitin myös toiminnallisen aivokuvantamisen koordinaattorina FinnBrainissa ja luotsaan nyt 9-vuotiaiden EEG-käyntejä yhdessä lääketieteen opiskelijoista koostuvan EEG-tiimini kanssa. Koen olevani etuoikeutettu saadessani nähdä tieteellisen työn koko elinkaaren: tutkimusperheiden rekrytoinnista ja käyntien toteutuksesta datan esikäsittelyyn, tilastoanalyyseihin ja lopulta tulosten julkaisuun artikkelin muodossa. Tämä ei tietenkään olisi ollut mahdollista yksin – suurin kiitos kuuluu ennen kaikkea tutkimusperheille ja lapsille!
Suuri osa kiitoksista kuuluu myös tutkimusryhmälle. FinnBrain on ollut lämmin, kannustava ja perheenomainen ympäristö kasvaa lääketieteen ylioppilaasta tutkijaksi, tarjoten ainutlaatuisen mahdollisuuden kehittää omaa ajattelua ja asiantuntijuutta. Ja tästähän se tutkijan matka oikeastaan vasta alkaa! Toivon voivani välittää samaa lämpöä, yhteisöllisyyttä ja uuden löytämisen iloa nuoremmille kollegoille – matkalla kohti kehittyvien aivojen loputonta arvoitusta!
Silja Luotonen
LL, Väitöskirjatutkija
Silja Luotosen väitöstilaisuus järjestetään lauantaina 24.5. klo 12. Lue lisää ja osallistu väitökseen:
https://www.utu.fi/fi/ajankohtaista/tapahtumat/vaitos-psykiatria-ll-silja-luotonen