Marja-Leena Linnen päämääränä on luoda digitaalinen aivokaksonen

Mitä tutkit? 

Tutkin miten aivot ja hermosto toimivat. Erityisesti minua kiinnostaa, miten solut ja molekyylit sekä niiden toiminta synnyttävät hermoverkkojen toiminnan ja lopulta sen, kuinka aivot käsittelevät informaatiota ja mistä meidän kognitiomme syntyy.

Koen olevani neurotieteilijä, joka tekee neurotiedettä hyvin monitieteisesti eli käyttää monenlaisia lähestymistapoja. Pääasiallisesti kehitän nykyään laskennallisia malleja ja simulaatioita aivotutkimusta varten. 

Suurin osa tutkimuksestani on tähän mennessä ollut perustutkimusta. Tutkimusryhmässäni selvitetään esimerkiksi, mitkä häiriöt geeni- ja solusignalointitasolla voisivat johtaa skitsofrenian syntyyn tai kuinka Alzheimerissa voisi palauttaa muistia. Tämän professuurin myötä pyrin yhdistämään lääketieteellistä teknologiaa ja biologiaa entistä vahvemmin kliinisiin tarpeisiin ja kehittämään aivomalleja, joita voitaisiin tulevaisuudessa hyödyntää myös lääkäreiden työn tukena.

Pidemmän aikavälin tavoitteenani on kehittää digitaalisia aivokaksosia eli potilaan yksilöllisen tilan mukaan jatkuvasti päivittyviä malleja, joiden avulla voidaan ennustaa esimerkiksi sairauden etenemistä. Lääkäreillä voisi myös olla laskennallisia biomarkkereita aivoterveyteen liittyen, vastaavalla tavalla kuin esimerkiksi verestä katsotaan tiettyjä markkereita diagnoosia varten.

Miksi tutkimuksesi on tärkeää?

Tunnemme monen ihmisen elimen toiminnan jo aika tarkkaan. Mutta aivoista tiedetään hyvin vähän, koska me emme oikein pääse niihin käsiksi. Emme tiedä, mikä siellä menee vikaan, kun jokin häiriö tapahtuu tai kuinka herkkä systeemi on.

Ihmisen kantasoluilla on tietenkin tehty aivotutkimusta, mutta kyseessä ovat 2D- tai 3D-mallit, joissa solujen toiminta on soluviljelyn kautta muuttunut. Jyrsijöillä taas mekanismit voivat olla erilaisia kuin ihmisillä. Me emme yksinkertaisesti pääse solutasolle niin, että voisimme samaan aikaan mitata, mitä koko aivoissa tapahtuu.

Pyrin tutkimusryhmäni kanssa tuomaan yhteen olemassa olevaa solu- ja neurobiologista tietoa ja integroimaan sitä fysiikan ja kemian lakien avulla. Ei riitä, että muodostamme tästä tiedosta kokonaisuuksia vain omissa päissämme tai paperilla ja teemme niiden pohjalta hypoteeseja. Tarvitsemme konkreettisia matemaattisia malleja. Me onnistuimme ensimmäisinä maailmassa viemään solutason ilmiöiden mallinnukset kokoaivosimulaattoriin ja poikkeuttamaan siellä yksittäisen astrosyytin toimintaa. Tällainen auttaa hahmottamaan, miten pienikin muutos vaikuttaa ajan myötä dynaamisesti koko systeemiin.

Kuva: Jonne Renvall/Tampereen yliopisto

Mihin suuntaan haluaisit kehittää alaasi?

Haluaisin yhdistää entistä paremmin neurotieteen, laskennalliset tieteet, bioteknologian ja lääketieteellisen teknologian. Toivoisin, että ne olisivat yksi prosessi neurotieteen alalla eivätkä niin pirstaloituneita kuin nyt. Näen, että mallinnus liimaa näitä eri aloja yhteen.

Toivon, että saamme koulutukseen ja tutkimukseen digitaaliset alustat, jotka yhdistävät näiden eri alojen tietoa, ja että tulevaisuudessa olisi biologeja, insinöörejä ja lääketieteilijöitä, jotka pystyvät liikkumaan neurotieteen eri osa-alueiden välillä. Näin voisi kenties syntyä innovaatioitakin.

Ajattelen tätä myös yhteiskunnan ja tavallisen kansalaisen kantilta. Hekin voisivat näin saada paremmin tietoa aivoterveydestä ja siitä, miten eri tekijät vaikuttavat toisiinsa. Kyllähän ihan tavallinen ihminenkin aika hyvin nykyään ymmärtää, mitä esimerkiksi sydämessä tapahtuu ja mikä on tärkeätä sen hyvinvoinnin kannalta.

Mitä haluaisit seuraavaksi tutkia ja miksi? 

Voimme tehdä testisimulaatioita omalla tietokoneella tai laskentaklusterilla. Mutta siinä vaiheessa, kun simulaatioihin yhdistetään yksityiskohtaisia solumalleja ja suuria määriä ihmisaivoista kerättyä dataa, tarvitaan supertietokoneita. Seuraava kysymys onkin, että kuinka skaalaamme aivosimulaattorimme ja mallinnuksemme eksaskaalan tietokoneelle, joka kykenee suorittamaan triljoona eli miljardi miljardia laskutoimitusta sekunnissa. Tätä skaalausta olemme juuri alkaneet tehdä Suomen Akatemian ja Euroopan Unionin rahoituksella.

Koska kaikille erityyppisille hermosoluille on jo olemassa tarkkoja malleja, niin yksi iso haaveeni on, että saisin luotua morfologisesti eli rakenteellisesti ja biofysikaalis-kemiallisesti tarkan astrosyyttimallin. Astrosyytit ovat aivojen tukisoluja eli gliasoluja, ja alun perin tutkin juuri niitä, ennen kuin siirryin hermosolujen puolelle.

Mitä teet vapaa-ajallasi?

Tieteen ja tutkimuksen teko sekä nuorempien opettaminen ovat eräänlainen elämäntapa. Iän karttuessa haluaa kuitenkin huolehtia enemmän siitä, että vapaa-aikaa jää. Tykkään liikkua ja ulkoilla, mutta en halua tehdä sitä rääkkimielessä. Lempilajejani on hiihto, jos on hyvä talvi. Pidän myös luonnonvesissä uimisesta, mutta jälleen – jos on hyvä kesä. Kuntosali kuuluu perusrutiiniin, joka pitää kunnossa.

Koska työ on aika vaativaa ja välillä joutuu venymään aika paljon, pitää tehdä sellaista, joka tuo täydellistä vastapainoa. Aivotutkijana kun asiaa katsoo, niin sopivasti mitoitettu liikunta on hermostolle ja aivoille välttämätöntä.

Viime aikoina olen alkanut käydä konserteissa, se on ollut todella nautinnollista. Suurin osa vapaista menee kuitenkin perheen ja läheisten ystävien parissa. Muuhun ei sitten paljon jääkään aikaa, kun nukkuakin pitäisi. Ja nukkuminen on lopulta melkeinpä se tärkein. Jos ei nuku, silloin hermosto ja aivot eivät ainakaan toimi.