Kaj se dogaja z možgani, ko se gibamo?

Inštitut za kineziološke raziskave pri Znanstveno-raziskovalnem središču Koper v evropskem projektu TwinBrain, vrednem 900.000 evrov, ki je del progama Obzorje 2020, sodeluje z berlinsko tehniško univerzo, ženevsko univerzo in tržaško univerzitetno bolnišnico pri raziskavah nevroznanosti gibanja. V koprski dvorani Arena Bonifika so uredili laboratorij SloMoBIL (Slovenian Mobile Brain/Body Imaging Laboratory).

V laboratoriju, opremljenem z najnovejšimi tehnološkimi merilnimi napravami v vrednosti 150.000 evrov, bodo raziskovalci opravljali meritve na bolnikih z diagnosticirano parkinsonovo boleznijo, ki se zdravijo na nevrološkem oddelku tržaške bolnišnice na Katinari. »Naš namen ni le pridobivanje podatkov o povezavi med človekovo možgansko aktivnostjo in gibalno učinkovitostjo, temveč želimo svoja spoznanja aplicirati v klinični praksi,« pojasnjuje dr. Uroš Marušič, vodja projekta. Za zdaj še testirajo novo opremo, čakajo tudi na dovoljenje komisije za medicinsko etiko za izvedbo raziskav. Teh se bodo predvidoma lotili proti koncu leta.

Evropski projekt, ki so ga zagnali novembra lani, bo trajal tri leta. Ob tem so pridobili še 80.000 evrov dodatnih sredstev javne agencije za raziskovalno dejavnost. »To je laboratorij svetovnega ranga. Nova tehnologija nam bo omogočila merjenje možganske aktivnosti na način, ki prej ni bil mogoč – med gibanjem. Do zdaj smo lahko možgane merili le, ko je preiskovanec sedel ali ležal, zdaj pa lahko to naredimo med hojo, tekom in drugimi vsakdanjimi oblikami gibanja,« poudarja sogovornik. S tem se po njegovih besedah ponuja cela vrsta priložnosti, da še bolj raziščemo delovanje naših možganov in da sčasoma razvijemo nove metode za preprečevanje bolezni, kot je parkinsonova.

Z opremo v laboratoriju SloMoBIL merijo aktivnost možganov ne le, ko človek miruje, temveč tudi, ko hodi, teče ali se kako drugače giba. FOTO:SloMoBIL

Kako bodo merili možgansko aktivnost?

Raziskovalci bodo spremljali, kako učinkovito se človek giblje. »Če opravimo standardne biomehanske analize, bi bilo lahko videti, da se zdrav starejši človek premika z enako malo napora kakor nekdo, ki je mlajši. Ko pa pogledamo, kaj se dogaja med hojo z možgani, ugotovimo, da že zdrav starostnik za enostavno gibanje izvede večji miselni napor in porabi več možganskih virov kot mlajši človek, saj mora prvi zaradi slabše telesne sposobnosti, od fizične moči do srčno-žilnih funkcij, to kompenzirati. Takrat se poleg možganskih predelov, ki so odgovorni za upravljanje cikličnega gibanja, na primer hoje, vključijo še drugi deli možganov, ki se sicer aktivirajo pri kognitivno zahtevnih opravilih, kot so načrtovanje, odločanje in kratkoročni spomin. Razumevanje delovanja možganov na tej, globlji ravni nam zdaj daje izhodišče za ugotavljanje najučinkovitejših intervencij in strategij treningov, ki bodo že zdravim starostnikom omogočili boljšo kvaliteto življenja z ohranjanjem gibalnih in miselnih sposobnosti.«

Možgansko električno aktivnost merijo z elektroencefalografijo visoke gostote (hdEEG), z elektrodami na površini glave. »V sklopu projekta so nas naši partnerji s tehniške univerze v Berlinu naučili, kako zajemati podatke možganske dinamike med gibanjem in izločiti šume – torej vse, kar ni možganskega izvora. Švicarski kolegi nam bodo pomagali nadgraditi znanje programskih veščin. Na podlagi podatkov, ki jih bomo dobili z meritvami električnega delovanja v zgornjih plasteh možganske skorje, bomo lahko sklepali tudi o tem, kaj se dogaja v globljih delih možganov. Pri tem si bomo pomagali z metodami strojnega učenja oziroma umetne inteligence,« nadaljuje dr. Marušič.

Pomagali si bodo s superračunalnikom

Sledila bo celostna analiza velikanske količine podatkov, ki bodo zajeti s številnimi napravami, pritrjenimi na posameznikovo telo. V prvi raziskavi bodo tako s 17 inercialnimi senzorji in visokofrekvenčnimi kamerami merili podatke o poziciji telesnih segmentov, 128 kanalov bo spremljalo možgansko in 64 kanalov mišično aktivnost. Frekvenca zajemanja podatkov bo 500 hercev, se pravi 500 podatkov v eni sekundi vsakega kanala.

Za najnovejše tehnološke merilne naprave so namenili 150.000 evrov.  FOTO: SloMoBIL

Raziskovalci so se za obdelavo vseh teh podatkov povezali z mariborskim inštitutom informacijskih znanosti IZUM, kjer imajo trenutno najzmogljivejši računalnik pri nas. V koprskem laboratoriju pričakujejo, da bodo z uporabo superračunalnika, enega od osmih v Evropski uniji, občutno skrajšali čas analize. Pri tem bodo skušali ugotoviti, katera kombinacija možganske informacije in telesnega odziva je ključna pri prepoznavanju zgodnjih znakov parkinsonove bolezni. V okviru mednarodne študije v tržaški bolnišnici Cattinara bodo raziskovalci iz Slovenije, Italije, Nemčije in Švice nato opravljali meritve na bolnikih s parkinsonovo boleznijo ter na primerjalni skupini zdravih ljudi podobne starosti. S temi bodo navezali stik prek koprskega centra dnevnih aktivnosti za starejše občane, ki ima v svoji bazi okoli tisoč starostnikov in s katerim večkrat sodelujejo.

Po poti spoznanj o demenci

Dr. Marušič predvideva, da jim bo k sodelovanju uspelo pritegniti od 60 do 100 bolnikov s parkinsonovo boleznijo, ki se zdravijo v tržaški bolnišnici, spremljali pa jih bodo eno leto. »Pri demenci se s pomočjo tehnologije lahko že deset let pred izbruhom bolezni z veliko verjetnostjo napove, da se bo človek z njo soočil. To naredimo s slikanjem s pozitronsko emisijsko tomografijo, ki nam pokaže prisotnost in količino kopičenja plakov pod lobanjsko skorjo,« pojasnjuje. Nadaljnje ravnanje je v rokah farmacevtske in medicinske stroke, ki morata presoditi, kako se proti nastajajoči bolezni boriti, z zdravili, operacijo ali kako drugače. Takšno stanje si želijo znanstveniki doseči tudi pri odkrivanju znakov parkinsonove bolezni. »V okviru projekta bomo bolnikom, ki jih bomo proučevali, ponudili poseben senzomotorični trening, ki bi jim lahko s kognitivnimi in gibalnimi vajami izboljšal stanje ali pa vsaj zadržal napredovanje bolezni.«