Apulaisprofessori Hanna Renvall Aalto-yliopiston neurotieteiden laitokselta luo katsauksen, miten tekoälyä voidaan hyödyntää aivovammojen diagnosoinnissa.
Tekoälyllä tarkoitetaan tietokoneen toimintoja, jotka pystyvät jäljittelemään ihmisen älykkyyttä. Koska tietokone on ihmistä tarkempi, voidaan tekoälyn avulla tehostaa aivovammojen diagnosointia.
– Aivovammojen diagnosointi on parhaimmillaan hyvin helppoa silloin, kun vamma on vaikea, aivokuvissa näkyy selkeitä muutoksia ja oireet vahvistavat muita löydöksiä, apulaisprofessori Hanna Renvall toteaa.
Valtaosa aivovammoista – Renvallin arvion mukaan vähintään 70 prosenttia – on kuitenkin lieviä. Kaikki päänsä loukkaavat eivät edes hakeudu hoitoon, jos esimerkiksi tajuttomuutta tai muistiaukkoa ei ole, ne ovat lyhyitä tai neurologinen oirekuva on vähäinen. Toinen usein diagnosoimatta jäävä ryhmä ovat monivammapotilaat, jotka saavat onnettomuudessaan paljon fyysisiä vammoja. Kun muiden vammojen hoitamiseen kuluu kaikki energia, saattavat aivovammalöydökset jäädä sivuosaan tai jopa kokonaan kirjaamatta.
–Terveydenhuollossakin on siis parannettavaa, jotta jokainen aivovamman saanut saisi ajoissa oikean diagnoosin.
Diagnosoinnin vaikeus
Renvall toteaa, että valtaosalla lievän aivovamman saaneista oireet häviävät kolmen kuukauden sisällä tapaturmasta.
– Kuitenkin 10–15 prosentilla oirekuva pitkittyy lievänkin aivovamman jälkeen. Useasti tämä huomataan työelämään palatessa. Tyypillisesti tulee uni- ja keskittymisvaikeuksia, unen tarve kasvaa, eikä töistä suoriuduta samalla tavalla kuin aiemmin. On pelottavaa, kun oma suoriutumiskyky yhtäkkiä laskee.
Pitkittyneen oireilun todistamiseen on vain vähän objektiivisia markkereita. On siis vaikea todistaa, että oireet ovat todellisia ja että ne johtuvat aivovammasta.
– Rakenteelliset aivokuvaukset eli magneettikuvaus MRI tai röntgensäteilyä hyödyntävä tietokonetomografiatutkimus TT eivät ole tarpeeksi herkkiä havaitakseen muutoksia aivokuvissa silloin, kun aivovamma on lievä. Tämän vuoksi konkreettinen näyttö voi jäädä saamatta, vaikka tapaturmasta oltaisiinkin tietoisia. Lisähaasteensa tuo se, että täsmälleen samanlaisesta tapaturmasta voi eri ihmisille tulla täysin erilainen oirekuva – eikä kaikille tule oireita lainkaan.
Aivosähkökäyrä ja aivomagneettikäyrä
Aivosähkökäyrä eli EEG on menetelmä, jolla tutkitaan aivojen sähköistä toimintaa. Tutkimuksessa päähän pannaan eräänlainen myssy, josta lähtee antureita. Laite muistuttaa uimalakkia.
– EEG-laite on edullinen ja sellaisia on käytössä kaikilla päivystyspoliklinikoillakin. Aivosähkökäyriä tutkimalla voidaan esimerkiksi diagnosoida epilepsia. Jo kauan sitten esitettiin, että ainakin vaikeisiin aivovammoihin liittyisi aivosähkökäyrillä rekisteröitäviä muutoksia. Tähän liittyvä tutkimus- ja kehitystyö jäi kuitenkin magneettikuvauksen jalkoihin, sillä sitä pidettiin tehokkaampana ja luotettavampana aivovammojen diagnosointimenetelmänä.
Koska tiedossa oli, etteivät nykyiset kuvantamismenetelmät erota lievimpiä aivovammoja, alettiin tiedepiireissä pohtia, olisivatko aivosähkökäyrä ja aivomagneettikäyrä kuitenkin MRI:tä ja TT:tä parempia menetelmiä aivovammadiagnoosin varmistamiseen.
– Molemmat menetelmät ovat kehittyneet vuosi vuodelta.
Alettiin tutkia, jos aivosähkökäyrä EEG otetaan tarpeeksi pian tapaturman jälkeen, onko potilailla aivosähkökäyrissä poikkeavaa toimintaa, vaikkei MRI-kuvassa näkyisikään mitään. Samalla tutkittiin, häviäisivätkö poikkeavat löydökset ajan myötä samaan tahtiin kuin oireetkin.
– Aivosähkökäyrääkin tarkempi menetelmä on aivomagneettikäyrä magnetoenkefalografia eli MEG. Hermosolujen toiminta on sähköistä. Sähkövirran ympärille syntyy magneettikenttä, jota voidaan mitata. Menetelmä on paljon tarkempi kuin pään ulkopuolelta mitattava aivosähkökäyrä. Lisäksi menetelmän etuna on se, etteivät ihmisen päänahka ja kallon luut aiheuta sähkökenttään vaikuttavia häiriöitä.
MEG-mittauksen ongelmana on sen kalleus. Sähkökenttää mittaava uimalakin näköinen myssy on huomattavasti edullisempi laite. MEG-laite on erikoiskypärä, joka muistuttaa – ainakin muinoin – kampaamoissa ollutta jalallista kupukuivaajaa. Kypärän sisällä on 273-asteisessa heliumissa olevia suprajohtavia antenneja. Suprajohteessa sähkövirtaan ei vaikuta ulkoiset magneettikentät.
– Lisäksi mittaus tehdään suojahuoneessa, joka suojaa huoneen ulkopuolisilta magneettikentän vaikutuksilta.
Renvall kertoo, että menetelmä on suomalaisille tuttu, sillä sitä on pitkälti kehitetty Suomessa. Suomessa MEG-laitteita on kolme: kaksi Helsingissä ja yksi Jyväskylässä.
– Tämä voi kuulostaa vähältä, mutta esimerkiksi Ruotsissa on vain yksi ja Norjassa ei ole yhtäkään MEG-laitetta.
Tekoäly avuksi
Neurologi Hanna Kaltiainen teki väitöskirjansa MEG-laitetta tutkivassa projektissa.
–Aivomagneettikäyrät mitattiin 30 potilaalta maksimissaan kahden kuukauden sisällä tapaturmasta. Heistä jokaisella oli lievä aivovamma, osalla jopa niin lievä, ettei se aiheuttanut oireita. Silti neljäsosalla havaittiin poikkeavia hidasaaltoja aivoissa. Meillä kaikilla on päässämme rytmejä, mutta hidasaaltoja havaitaan yleensä vain lapsilla. Aivovamman saaneiden hidasaaltoja seurattiin puoli vuotta. Kun viimeisetkin subjektiivisesti koetut oireet olivat hävinneet, ei poikkeavia löydöksiäkään aivomagneettikäyrissä enää ollut.
Tässä vaiheessa mukaan tuli tekoäly.
– Alettiin pohtia, voisiko edullisempaan ja laajasti saatavilla olevaan aivosähkökäyrään liittää tekoälyn. Mietittiin, mitä jos valjastettaisiin muukin kuin ihmissilmät katsomaan poikkeavia aaltoja. Pohdimme, näkisikö tekoäly enemmän kuin ihmissilmä.
Tulos oli odotettu: kyllä! Aluksi tekoälylle opetettiin yksinkertaisia ja selkeitä algoritmeja aivovamman saaneen ihmisen ja vammattoman ihmisen aivoista. Tekoälylle opetettiin, miten aivovamma näkyy aivosähkökäyrässä.
– Tekoälyn erottelukyky nousi 25 prosentista 80 prosenttiin.
Tekoälyn hyödyntämistä tutkitaan tällä hetkellä eri puolilla maailmaa. Kun menetelmä vielä kehittyy, voidaan tekoälyn avulla parantaa huomattavasti aivovammojen diagnosointia myös lievissä aivovammoissa.
Teksti: Pia Kilpeläinen
Kuva: Aalto-yliopisto/Jaakko Kahilaniemi