Magnetoenkefalografia kliinikon apuna. Nina Forss

Transkriptio

1 Katsaus Magnetoenkefalografia kliinikon apuna Nina Forss Magnetoenkefalografian avulla mitataan aivojen hermosolutoiminnan synnyttämiä magneettikenttiä. Magneettikenttä läpäisee muuntumatta aivoja ympäröivät kudokset, joten hermosolujen synnyttämät signaalit voidaan rekisteröidä tarkasti pään ulkopuolelta. Tämä mahdollistaa erittäin hyvän ajallisen erottelukyvyn yhdistämisen kohtalaisen hyvään paikantamistarkkuuteen. Magnetoenkefalografian avulla on saatu arvokasta tietoa terveiden ihmisaivojen toimintamekanismeista. Viime vuosien aikana menetelmän käyttömahdollisuudet potilastutkimuksissa ovat kasvaneet, ja nykyään voidaan aivokasvainja epilepsiapotilaita jo lähettää ennen leikkausta magnetoenkefalografiaan aivokuoren toiminnallista kartoitusta varten. Menetelmä on osoittautunut käyttökelpoiseksi välineeksi myös seurattaessa aivokuoren muovautuvuutta vaurion jälkeen ja tutkittaessa erilaisten aivosairauksien patofysiologiaa. On todennäköistä, että tulevina vuosina sitä voidaan käyttää tiettyjen aivosairauksien diagnostiikassa ja kuntoutumisen seurannassa. Nykyaikaisten kuvantamismenetelmien avulla voidaan tutkia paitsi ihmisaivojen rakennetta myös niiden toimintaa erilaisissa ärsykeympäristöissä. Aivojen makroskooppinen rakenne saadaan tarkasti esille magneettikuvauksella, ja metabolian muutoksia ja verenkiertoa voidaan tutkia positroniemissiotomografian (PET) ja toiminnallisen magneettikuvauksen keinoin. PET:n ja varsinkin toiminnallisen magneettikuvauksen paikan erottelukyky on erinomainen, jopa 1 mm, mutta niiden ajanerottelukyky on verrattain heikko: toiminnallisessa magneettikuvauksessa se on verenkierron hitauden vuoksi vähintään puoli sekuntia ja PET:ssä jopa muutamia kymmeniä sekunteja. Aivojen hermosolutoiminnassa tapahtuu kuitenkin muutoksia jo millisekunnin aikana. Näitä nopeita muutoksia voidaan seurata noninvasiivisesti elektroenkefalografian (EEG) ja magnetoenkefalografian (MEG) avulla. Molemmilla päästään alle 1 ms:n aikatarkkuuteen. Koska aivoja ympäröivät kudokset eivät vääristä MEG-signaaleja niin kuin jännitekenttiä, voidaan MEG-rekisteröinneissä päästä jopa muutaman millimetrin paikannustarkkuuteen. Koko pään kattavan MEG:n avulla voidaankin seurata usean aivoalueen samanaikaista tai peräkkäistä aktivoitumista. MEG on täysin noninvasiivinen menetelmä, jolla mitataan aivojen biosähköisen toiminnan aiheuttamia heikkoja magneettikenttiä kallon ulkopuolelta (kuva 1). MEG-signaalit syntyvät lähinnä postsynaptisista hermosoluvirroista aivokuoren pyramidisoluissa. Aktivoituneita aivoalueita mallinnetaan yleensä virtadipoleilla, jotka kuvastavat pyramidisolujen synkronista aktivoitumista enintään muutaman neliösenttimetrin suuruisella aivokuorialueella. Aivokuoren pyramidisolujen organisaation vuoksi MEG:llä havaitaan lähinnä virtoja, jotka kulkevat aivokuoriuurteiden seinämissä. MEG:n periaatteita on vastikään käsitelty tässä lehdessä (Hari 2001). Duodecim 2003;119:

2 Vaikka spontaanien rytmien toiminnallista merkitystä ei vielä tarkkaan tunneta, EEG-rytmien taajuus- ja reaktiivisuusmuutoksia on käytetty pitkään neurologisten sairauksien tunnistamisessa. MEG:n avulla voidaan paitsi tutkia spontaaneja rytmejä EEG:n tapaan myös paikantaa spontaanin toiminnan syntysijat (Hari ja Salmelin 1997). Tästä on osoitettu olevan hyötyä esimerkiksi aivotraumapotilailla, joilla usein havaitaan poikkeavuuksia neuropsykologisissa tutkimuksissa, mutta aivojen anatomisissa rakenteissa ei voida osoittaa trauman merkkejä. Tällaisilla potilailla on MEG:n avulla havaittu ohimeneviä hidasaaltofokuksia merkkinä trauman aiheuttamasta aivotoiminnan häiriintymisestä (Lewine ym. 1999). Herätevasteilla, joita keskiarvoistetaan erilaisiin aistinärsykkeisiin tai tapahtumiin (esimerkiksi sormen liikkeeseen) synkronoituina, voidaan tutkia aistinratojen toimintaa ja kartoittaa eri aivokuorialueiden toiminnallisia piirteitä (esim. Hari 1991 ja 1999). Kuva kanavaisen koko pään kattavan neuromagnetometrin (Vectorview 306) valmistaja on suomalainen Elekta- Neuromag Oy. MEG-mittaukset tehdään alumiinista ja myymetallista valmistetussa suojahuoneessa sähkömagneettisten häiriöiden välttämiseksi. MEG:n antama toiminnallinen tieto voidaan yhdistää aivojen anatomiaan esimerkiksi esittämällä virtadipolit saman henkilön rakenteellisten magneettikuvien päällä. Koska MEG antaa kvantitatiivista tietoa aivotoiminnan voimakkuuden vaihteluista, se sopii hyvin aivojen hermoverkkojen tiedonkäsittelyn tutkimiseen (Hämäläinen ym. 1993). MEG:llä voidaan tutkia aivojen spontaania toimintaa tai herätevasteita. Spontaanin toiminnan mittauksissa seurataan aivokuoren oskillaatioiden taajuussisältöä ja reaktiivisuutta eri tilanteissa. Esimerkiksi pään takaosissa todetaan noin 10 Hz:n taajuista magneettista alfarytmiä, joka syntyy näkemiseen liittyvillä aivokuorialueilla. Primaarisessa tunto- ja liikeaivokuoressa havaitaan myös rytmillistä 10 ja 20 Hz:n toimintaa (myyrytmi), joka vaimenee tuntoärsykkeiden tai liikkeiden yhteydessä. MEG:n kliiniset sovellukset Maailmassa on käytössä jo yli 60 koko pään kattavaa MEG-laitteistoa, ja suurinta osaa käytetään perustutkimuksen lisäksi myös kliinisissä sovelluksissa. Parhaiten dokumentoituja, jo rutiinikäytössä olevia kliinisiä sovelluksia ovat toiminnallisesti tärkeiden aivokuorialueiden tunnistus aivokasvainpotilailla ja epileptisten pesäkkeiden preoperatiivinen paikantaminen (ks. Forss ja Hari 1999). Lisäksi kehitteillä on muita kliiniseen käyttöön sopivia sovelluksia. MEG:n avulla voidaan esimerkiksi tutkia aivokuoren muovautuvuutta leikkauksen tai vaurion jälkeen tai seurata noninvasiivisesti potilaan kuntoutumista. Aivokasvaimet. MEG:llä on kasvava merkitys aivokasvainpotilaiden tutkimuksissa. MEG:n avulla saatu toiminnallinen informaatio auttaa neurokirurgisen leikkauksen suunnittelua ja toteutusta. Kasvain (esim. gliooma, meningeooma tai syövän etäpesäke) tai verisuoniepämuodostuma (valtimo-laskimoepämuodostuma tai kavernoottinen hemangiooma) voi sijaita lähellä toiminnallisesti tärkeää aivokuorialuetta, esi N. Forss

3 merkiksi liikeaivokuorta. Vaikka monet toiminnalliset alueet sijaitsevat usein tunnettujen anatomisten rakenteiden lähistöllä (kuten liikeaivokuori keskusuurteen etupuolella), yksilöllinen vaihtelu on suurta eikä anatomisten rakenteiden perusteella voida tunnistaa luotettavasti MEG:n avulla pystytään paikantamaan tärkeät aivokuorialueet ennen leikkausta suhteessa kasvaimeen ja muihin aivojen osiin. toiminnallisten alueiden rajoja. Erityisen vaikeaa tämä on aivokasvainpotilailla, joilla tuumori muuntaa kasvaessaan aivojen rakennetta, sekä jo kerran aivoleikkauksessa olleilla potilailla, joiden aivojen anatomia on leikkauksen vuoksi muuntunut. MEG:n avulla pystytään paikantamaan tärkeät aivokuorialueet ennen leikkausta suhteessa kasvaimeen ja muihin aivojen osiin. MEG-tutkimus voi myös osoittaa herkkien aivokuorialueiden siirtyneen loitommalle, jolloin leikkauskelvottomalta vaikuttaneen kasvaimen tai valtimo-laskimoepämuodostuman poisto on mahdollista. Nykyään pystytään paikantamaan luotettavasti eri kehonosien mm. sormien, käden, jalan, kasvojen tai genitaalien edustusalueet primaarilla tuntoaivokuorella. Myös primaarinen liikeaivokuori voidaan paikantaa ns. aivokuorilihaskoherenssin avulla. Näin saadaan keskusuurteen sijainti varmistetuksi kahdella toisistaan riippumattomalla mittausmenetelmällä. Näiden lisäksi käytetään hyväksi tietoa anatomisista maamerkeistä (esim. primaarisen tunto- ja liikeaivokuoren käden alueen oomegamuoto (Yousry ym. 1997)). MEG:llä voidaan paikantaa luotettavasti myös sekundaarinen tuntoaivokuori (SII), kuuloaivokuori ja näköaivokuoret. Yhteistyössä HUS:n neurokirurgian klinikan kanssa MEG:n preoperatiivisia paikannustuloksia on vertailtu leikkauksenaikaisiin sähköisiin rekisteröinteihin ja aivokuoristimulaatioihin, ja saadut tulokset ovat olleet erittäin kannustavia (Mäkelä ym. 2001). Kuvassa 2 on esimerkki tällaisesta tutkimuksesta. Eri aivokuorialueiden tunnistamiseksi kehitetään jatkuvasti uusia koeasetelmia. Esimerkiksi puheen tuottoon ja ymmärtämiseen osallistuvien aivokuorialueiden preoperatiivinen tunnistaminen on kliinisesti tärkeää, ja useita kieleen liittyviä aivoalueita (kuten Brocan ja Wernicken alueet) onkin jo pystytty paikantamaan. Tutkimustasolla on myös onnistuttu puhealueiden lateralisaation määrittämisessä noninvasiivisesti (Gootjes ym. 1999). Neurokirurgien toiveitten mukaisesti on Teknillisen korkeakoulun kylmälaboratoriossa kehitetty menetelmä, jonka avulla magneetti- ja MEG-kuviin voidaan liittää myös saman potilaan magneettiangiografiakuvat. Suurien suonten erityisesti aivopinnan laskimoiden kulku on helposti havaittavissa sekä kuvista että potilaan aivojen pinnalta, mikä helpottaa neurokirurgin navigointia leikkauksen aikana. Leikkaushoidon lisäksi MEG-tutkimusta voidaan käyttää herkkien aivoalueiden väistämiseen aivokasvainten ja valtimo-laskimoepämuodostumien stereotaktisen sädehoidon annossuunnittelussa. Epilepsia. Epilepsiakirurgia on yleistymässä sellaisten potilaiden hoidossa, joilla paraskaan mahdollinen lääkitys ei tehoa toivotulla tavalla. Preoperatiivisessa arvioinnissa on tärkeää tietää, ovatko epileptiset purkaukset fokaalisia eli onko leikkaushoito edes harkittavissa. Lisäksi selvitetään, kuinka monella aivoalueella purkauksia esiintyy ja mikä on eri pesäkkeiden ajallinen suhde. Toiminnallisesti toisiinsa kytkeytyneillä aivokuorialueilla voi esiintyä ns. sekundaarista epileptogeneesiä: vastinalue, jota primaarifokus jatkuvasti ja poikkeavasti aktivoi, alkaa vähitellen muuntua itsenäiseksi epileptiseksi alueeksi, joka ei enää tarvitse primaaripesäkkeen impulsseja purkauksen aloittamiseen. Tällaisessa tapauksessa pelkän primaarifokuksen poisto ei luonnollisestikaan poista potilaan oireita. Samaan tapaan kuin aivokasvainten preoperatiivisessa kartoituksessa voidaan epilepsiapotilaillakin selvittää epileptisten pesäkkeiden sijainti suhteessa toiminnallisesti tärkeisiin alueisiin. Nämä kartoitukset voidaan tehdä saman mittauskerran aikana (esim. Forss ym. 1995). Epilepsiarekisteröinnissä on tärkeää tutkia myös Magnetoenkefalografia kliinikon apuna 1647

4 Kuva vuotiaan aivokasvainpotilaan aivokuvia ennen leikkausta. Potilaalla on suurehko gliooma lähellä oikeanpuoleista primaarista tunto- ja liikeaivokuorta. Herätevastetutkimusten ja aivokuori-lihaskoherenssin avulla on paikannettu käden ja jalan edustusalueet tuntoaivokuorella (käsi S1, jalka S1) sekä käden alue liikeaivokuorella (käsi M1). Edustusalueiden sijainti on esitetty aivojen pintarakennekuvassa ja yhdessä aksiaalileikkeessä. Oikealla alhaalla on valokuva leikkauksenaikaisesta stimulaatiotilanteesta. Nuolet osoittavat samaa verisuonta pintarakennekuvassa ja valokuvassa. Stimulaatio kohdassa 3 aiheutti vasemman käden liikkeen. Vastaavaan kohtaan oli MEG-mittauksen perusteella paikannettu käden alue liikeaivokuorella. (Muokattu Mäkelän ym. (2001) artikkelista). epileptisten lähteiden vakautta, jotta voidaan olla varmoja siitä, että tutkittu alue laukaisee aina havaitut epileptiset purkaukset ja aiheuttaa potilaan kliiniset kohtausoireet. Erityisen arvokasta tietoa MEG:llä voidaan saada tapauksissa, joissa rutiinitutkimuksin (päänahalta mitattu EEG, magneettikuvaus, videotelemetria ja kliininen oirekuva) ei pystytä luotettavasti osoittamaan selkeää epileptistä pesäkettä, koska osa näistäkin potilaista saattaa hyötyä leikkaushoidosta. Yhdeksälle vaikeahoitoisesta fokaaliepilepsiasta kärsivälle potilaalle, joilla rutiinitutkimuksissa oli saatu ristiriitaisia tuloksia, tehtiin MEG-, PET- ja subduraali-eegtutkimukset yhteistyössä Teknillisen korkeakoulun kylmälaboratorion, Turun PET-keskuksen ja Kuopion yliopistollisen keskussairaalan kanssa. Seitsemällä näistä potilaista MEG- ja PET-tulokset olivat yhdensuuntaisia ja sopusoinnussa subduraali-eeg-löydösten kanssa, ja viisi heistä on leikattu hyvin tuloksin. Yksi potilaista kieltäytyi leikkaushoidosta selvitysten jälkeen, ja toisella todettiin useampia epileptisiä pesäkkeitä (Lamusuo ym. 1999) N. Forss

5 Kuva 3. Tuntoaivokuorialueiden aktivaatio sähköisellä medianusärsykkeellä laajan oikeanpuoleisen aivoinfarktin jälkeen. Magneettikenttäjakauma vasteen huipun aikana on esitetty vasemmalta ja oikealta mitta-anturikypärän päällä. Mustat nuolet kuvaavat jakaumaa selittämään tarvittavien virtadipolien sijaintia ja suuntaa. RMN = oikean medianushermon stimulaatio, LMN = vasemman medianushermon stimulaatio, SI = primaarinen tuntoaivokuori, SI c = kontralateraalinen primaarinen tuntoaivokuori, SII c = kontralateraalinen sekundaarinen tuntoaivokuori, SII i = ipsilateraalinen sekundaarinen tuntoaivokuori. (Muokattu Forssin ym. (1999) artikkelista). MEG:n paikannustarkkuus on heikoimmillaan syvien osien aktivaation havaitsemisessa; esimerkiksi ohimolohkon mesiaaliseinämän signaalit saattavat näkyä heikosti, kun taas ekstratemporaalisten lähteiden paikannus on varsin tarkkaa. Epilepsiapotilaiden MEG-rekisteröinnin onnistumisen kannalta on toivottavaa, että tavallisessa EEG:ssä esiintyisi epileptistä aktiivisuutta, jolloin sitä todennäköisesti havaitaan myös MEG-mittauksessa. Tarvittaessa voidaan käyttää myös EEG:stä tuttuja provokaatiomenetelmiä, kuten hyperventilaatiota tai vilkkuvalostimulaatiota. Kohtauksenaikaista aktiivisuutta päästään valitettavasti mittaamaan vain harvoin MEG:ssä, koska rekisteröinti on yleistyneen kohtauksen aikana teknisesti hankalaa ja potilaan liikkuminen kohtauksen aikana heikentää paikannustarkkuutta. Kuitenkin paikannus voi onnistua kohtauksen alkuhetkillä, koska aivojen magneettisissa signaaleissa saatetaan havaita muutoksia jo ennen epileptisten nykäyksien tai muiden kohtaukseen liittyvien liikkeiden alkua. Kehitteillä on myös uusi pään liikettä jatkuvasti seuraava paikannusjärjestelmä, jonka avulla voidaan korjata liikkeistä aiheutuvat virheet. MEG voi vähentää kallonsisäisten rekisteröintien määrää, koska sen avulla voidaan rajoittaa aluetta, jolle kallonsisäisiä elektrodeja asetetaan. Potilaalle raskaat invasiiviset tutkimukset vähenevät tällöin, ja lisäksi säästetään kustannuksissa. Huolellinen preoperatiivinen kartoitus on taloudellisesti kannattavaa, jos yksikin vaikeahoitoisesta epilepsiasta kärsivä potilas välttää leikkauksen ansiosta pitkäaikaisen laitoshoidon. Aivohalvaus. Primaarisen projektioalueen (SI) lisäksi tuntoärsykkeet aktivoivat useita muita aivokuorialueita. MEG:n avulla voidaan tutkia, kuinka tiedonsiirto aivokuorialueelta toiselle muuntuu vaurioiden ja sairauksien seurauksena. Kuvassa 3 on esimerkki tuntoherätevasteiden muutoksista potilaalla, jolla oli oikean aivopuoliskon arteria cerebri median suonitusalueen laaja infarkti lukinkalvon alaisen verenvuodon jälkeen. Tutkimustulokset osoittivat, että jos primaari tuntoaivokuori (SI) on vaurioitunut, samanpuoleinen sekundaarinen tuntoaivokuori voi edelleen aktivoitua suorien talamuksen kautta kulkevien ratojen kautta, kun taas toisen aivopuoliskon vastaava aivoalue ei enää aktivoidu (Forss ym. 1999). Tällaisella löydöksellä on tärkeä merkitys arvioitaessa vaurion aiheuttamaa oirekuvaa aivoinfarktipotilaalla. Jos useampi toiminnallinen aivoalue on järjestynyt hierarkkisesti, voi pelkkä primaarialueen vaurio Magnetoenkefalografia kliinikon apuna 1649

6 aiheuttaa laajojen aivoalueiden aktivoitumisen häiriöitä ja siten monimuotoisia oirekuvia ilman, että rakenteellisessa kuvauksessa todetaan laajoja muutoksia. Toinen tärkeä tulevaisuuden käyttöalue aivoinfarktin yhteydessä on toipumisen seuranta ja ennusteen arviointi varhaisen vaiheen aivoaktivaation perusteella. Tällaisista MEG-mittauksista on toistaiseksi julkaistu vain muutamia raportteja (Wikstrom ym. 2000). Aivoinfarktin aiheuttamien huomattavien kärsimysten ja kustannusten vuoksi kaikki tutkimukset, jotka tähtäävät toipumisen seurantamenetelmien kehittämiseen ja hoidon tehokkuuden arviointiin, ovat erittäin hyödyllisiä. Kivun tutkimus. Kipu on monisäikeinen kokemus, joka sisältää emotionaalisia, behavioraalisia ja kognitiivisia elementtejä. Kipuimpulsseja periferiasta keskushermostoon välittävät hermosäikeet jaetaan lähinnä johtonopeutensa perusteella kahteen ryhmään: välitöntä terävää kipua välittäviin Aδ-säikeisiin (johtonopeus 5 30 m/s) ja tylpempää kipua välittäviin hitaisiin myeliinittömiin C-säikeisiin (johtonopeus 0,5 2 m/s). Aivojen toiminnalliset kuvantamistutkimukset ovat osoittaneet, että useat aivokuoren alueet, mm. SII, insula ja gyrus cinguli, osallistuvat kivun prosessointiin, (Bromm ja Lorenz 1998, Peyron ym. 2000). On ilmeistä, että näillä hermoverkon osilla on omat tehtävänsä kipuaistimuksen käsittelyssä. Esimerkiksi gyrus cingulin etuosan aktivaatio heijastaa kipuaistimukseen liittyvien emootioiden voimakkuutta (Rainville ym. 1997). MEG soveltuu hyvin sekä akuutin kivun tutkimukseen terveillä koehenkilöillä että kroonisten kipupotilaiden tutkimiseen. Tuliumlaserlaitteella ihon kipusäikeitä voidaan stimuloida ilman, että kosketustuntojärjestelmä aktivoituu. Muuttamalla ärsykkeen voimakkuutta ja lasersäteen läpimittaa voidaan ärsyttää pelkästään Aδ- tai C-säikeitä. Selektiivisen stimulaation onnistuminen on tärkeää tutkittaessa erityyppisen kivun prosessointia aivoissa ja selviteltäessä kivunlievityksen mekanismeja aivoissa. Primaarisen liikeaivokuoren epiduraalinen stimulaatio implantoitavalla elektrodilla voi lievittää kroonista kipua, esimerkiksi talaamista tai kasvokipua. MEG-tutkimuksella voidaan paikantaa kasvojen, käden tai jalan primaarinen liikeaivokuorialue koestimulaattorin asettamista varten. MEG:n avulla voidaan etsiä myös muita aivokuorialueita, joiden stimulaatio implantoitavilla elektrodeilla saattaa helpottaa kroonista neuropaattista kipua. MEG soveltuu hyvin myös kivun kroonistumismekanismien tutkimukseen. Saksalainen tutkimusryhmä (Flor ym. 1995) havaitsi MEG:n avulla kroonisesta ja erittäin kovasta aavesärystä kärsivillä raaja-amputaatiopotilailla laajoja muutoksia tuntoaivokuoren eri edustusalueilla: kasvojen alue oli vallannut viereisen puuttuvan käden edustusalueen. Aivokuoren muutoksen laajuus oli suoraan verrannollinen koetun kivun voimakkuuteen, joten tuntoaivokuoren uudelleen muovautuminen joko aiheutti tai ylläpiti kipua. Juottosen ym. (2002) tutkimuksessa selvitettiin, voiko pelkkä krooninen kipu ilman hermoyhteyden katkaisua aiheuttaa havaittavia muutoksia tuntoaivokuoren organisaatiossa. Yhteistyössä Sairaala Ortonin kanssa kroonisesta idiopaattisesta yläraajakivusta (Complex regional pain syndrome, CRPS) kärsivien potilaiden sormien edustusalueiden sijaintia tuntoaivokuorella tutkittiin mittaamalla MEG-vasteita eri sormien kosketusärsykkeisiin. Tulokset osoittivat, että krooninen kipu jättää pysyvät jäljet aivoihin: jatkuva koko käden kattava kipu oli muovannut tuntoaivokuorta siten, että sormien edustusalueet olivat fuusioituneet yhdeksi»kömpelöksi kouraksi» erillisten sormiedustusten sijaan (kuva 4). MEG-mittauksen avulla pystyttiin siis objektiivisesti osoittamaan kroonisen kivun aivoissa aiheuttama muutos. Lisäksi tulokset antoivat viitteitä uusista kuntoutusmahdollisuuksista; esimerkiksi yksittäisten sormien stimulointi tai liikuttelu voisi palauttaa aivokuoren normaalit edustusalueet ennalleen ja siten parantaa käden toimintakykyä ja mahdollisesti myös vähentää kipua. Tämänkaltaisesta organisaation palauttamisesta on jo osoitettu olevan hyötyä amputaatiopotilaiden aavekivun hoidossa (Flor ym. 2001). Muut sovellukset. Kielelliset toiminnot edellyttävät ihmisaivoilta monimutkaisten hermoverkkojen ja aktivaatioketjujen moitteetonta toi N. Forss

7 mintaa. MEG:n avulla voidaan kartoittaa kielellisiin toimintoihin liittyviä aivoaktivaatioita esimerkiksi terveiden koehenkilöiden opetellessa lukemaan tai eri syistä johtuvien lukemisen tai puheen tuoton häiriöiden yhteydessä. Terveiden koehenkilöiden lukiessa sanoja näköaivokuori aktivoituu ensimmäisten 100 ms:n aikana. Tätä»piirreanalyysiä» seuraa 150 ms:n kuluttua kirjainjonoille spesifinen aktivaatio takaraivo- ja ohimolohkon rajalla. Lauseen merkityksen ymmärtämistä taas kuvastaa parhaiten vasemman ohimolohkon yläosan aktivaatio noin ms:n kuluttua sanan näkemisen jälkeen (Salmelin ym. 2000). Lukihäiriöisillä alkuanalyysi näköaivokuoren alueella sujuu normaaliin tapaan mutta sitä seuraava kirjainjonon aiheuttama 150 ms:n aktivaatio on puutteellista, mikä ilmeisesti on yhteydessä lukemisen hitauteen (Helenius ym. 1998). Afasiapotilailla tehdyt alustavat mittaukset ovat osoittaneet, että nimeämisen uudelleen opettelu aiheuttaa muutoksia vasemmalla päälakilohkon alaosissa (Cornelissen ym. 2003). Molekyyligenetiikan menetelmin on saatu uutta tietoa useista sairauksista, mutta geenimuutosten yhdistäminen ilmiasuun on joskus hankalaa. Neurofysiologiset mittaukset tarjoavat mahdollisuuden fenotyypin tutkimiseen aivosairauksissa. Esimerkiksi Unverricht Lundborgin (ULD) tyypin progressiivisessa myoklonusepilepsiassa (PME) on löydetty sairauden aiheuttava geenivirhe: valtaosalla tätä tautia potevista suomalaisista on homotsygoottinen ekspansiomutaatio kystatiini B -geenissä kromosomissa 21 (Virtaneva ym. 1997, Lehesoja ja Koskiniemi 1998). Jo aiemmissa neurofysiologisissa tutkimuksissa etenevää myoklonusepilepsiaa potevilla on havaittu poikkeavan voimakkaat tuntoherätevasteet SI-aivokuorella, ja mahdollisuus kartoittaa samanaikaisesti informaation leviämistä aivokuorialueelta toiselle toi ilmi muutoksia koko somatosensorisen hermoverkoston toiminnassa (kuva 5) (Forss ym. 2001). Tuntoaivokuoren toiminnan muutosten lisäksi potilailla havaittiin muutoksia liikeaivokuoren toiminnassa sekä lihaksen ja liikeaivokuoren välisessä viestinnässä (Silén ym ja 2002a). Kahdella potilaalla ei muista poikkeavasti ollut esiinty- Kuva 4. Herätevasteiden syntyalueet primaarisella SI-aivokuorella stimuloitaessa kroonisesta kivusta (complex regional pain syndrome) kärsivän potilaan tervettä ja kivuliasta kättä: peukalo (valkoiset ympyrät, D1) ja pikkusormi (mustat ympyrät). (Muokattu Juottonen ym. (2002) artikkelista). Kivuliaan käden sormien edustusalueet vasemmassa aivopuoliskossa ovat poikkeavan lähellä tosiaan. nyt yleistyviä epileptisiä kohtauksia, ja heillä MEG-mittaukset paljastivat myös muista poikkeavan neurofysiologisen löydöksen: vaikka liikeaivokuoren toiminta oli häiriintynyt kuten muillakin potilailla, oli tuntoaivokuoren toiminta liki normaalia (Silen ym. 2002b). Kuuloaivokuoren muuntunutta toimintaa on havainnoitu MEG:n avulla lukuisissa tutkimuksissa kortikaalisesta kuuroudesta ja auditorisesta agnosiasta aina psykiatrisiin sovelluksiin (esim. Engelien ym. 2001). Laajalti kiinnostusta on herättänyt myös ns. auditorinen poikkeavuusvaste eli poikkeavuusnegatiivisuus (mismatch negativity, MMN, MEG:ssä mismatch field eli MMF), jonka katsotaan heijastavan preattentiivista kuuloärsykkeen poikkeavuuden havainnointia muutoin monotonisen ärsykesarjan yhteydessä. MMN/MMF:lle on pyritty löytämään kliinisiä sovelluksia varhaislapsuuden kehityksen seurannasta muistihäiriöiden ja skitsofrenian diagnostiikkaan (esim. Näätänen ja Escera 2000). Magnetoenkefalografia kliinikon apuna 1651

8 Kuva 5. SI- ja SII-alueiden aktivaatio vasemman medianushermon sähköisen stimulaation vaikutuksesta etenevää myoklonusepilepsiaa potevalla ja verrokilla. Tuloksien analysointiin on käytetty MCE-menetelmää (Minimum Current Estimate, Uutela ym. 1999). Alueitten lyhenteet kuten kuvassa 3. Toisin kuin verrokilla potilaalla havaitaan ipsilateraalisen SI-alueen aktivaatio. Lisäksi potilaan SII-alueet eivät aktivoidu kuten verrokilla. Tällä saattaa olla yhteyttä mm. potilaalla havaittuun kahden käden yhteiskäytön vaikeuteen. (Muokattu Forssin ym artikkelista). Käytännön näkökohtia Toistaiseksi vain neurologi, lastenneurologi, kliininen neurofysiologi tai neurokirurgi voi lähettää potilaan MEG-tutkimukseen. Kliinisiä MEG-mittauksia on jo useamman vuoden ajan tehnyt CliniMEG-ryhmä, joka toimii HYKS:n Meilahden sairaalassa (KNF-osasto) ja Teknillisen korkeakoulun kylmälaboratorion aivotutkimusyksikössä. Tutkimuksen hinta määräytyy analyysin laajuuden mukaan. MEG-tutkimuksen haittapuoli on sen vaatima raskas instrumentaatio. Kaikki mittaukset on tehtävä magneettisesti suojatussa huoneessa, eikä laitteisto näin ollen ole siirrettävissä potilaan luokse. Tästä syystä se ei sovellu pitkäaikaiseen seurantaan. MEG-mittaukset vaativat myös tutkittavan henkilön ko-operaatiota, joten sekavien potilaiden ja rauhattomien pienten lasten mittaus voi olla vaikeaa. Metalliesineet kehossa voivat aiheuttaa häiriöitä. Kliinisissä mittauksissa on myös muistettava spontaanin 1652 N. Forss

9 aivotoiminnan ja herätevasteiden laajat yksilölliset vaihtelut. Toisaalta MEG on täysin noninvasiivinen, mikä mahdollistaa saman potilaan tutkimisen niin monta kertaa kuin on tarpeen. MEG-mittaus on teknisesti helppoa niin tutkijan kuin tutkittavankin kannalta, eikä se vaadi työläitä potilaan ennakkovalmisteluja. Lopuksi Rutiinimaisiin MEG-tutkimuksiin soveltuvat aivokasvainpotilaat ja epilepsiapotilaat, joille harkitaan leikkaushoitoa. MEG sopii tutkimusmenetelmäksi myös silloin, kun halutaan seurata noninvasiivisesti potilaan aivokuoren muovautuvuutta leikkauksen tai vaurion jälkeen. Usein mielekäs koeasetelma erilaisten aivosairauksien aiheuttamien oirekuvien ja patofysiologisten mekanismien selvittämiseksi löydetään tutkijan ja kliinikon vuoropuhelun kautta. Koska ala kehittyy nopeasti, tulevaisuudessa löydetään hyvin todennäköisesti yhä useampia potilasryhmiä, jotka hyötyvät MEG-tutkimuksesta diagnostiikan apuvälineenä tai hoidon vaikuttavuuden arvioinnissa. Tällainen kehitys vaatii aktiivisuutta myös kliinikoilta, jotta perustutkimuksen tuottamat mahdollisuudet saataisiin uunituoreina käyttöön potilastyöhön. * * * Kiitän professori Riitta Haria arvokkaista kommenteista käsikirjoitukseen. Kirjallisuutta Bromm B, Lorenz J. Neurophysiological evaluation of pain. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 1998;107: Cornelissen K, Laine M, Tarkiainen A, Järvensivu T, Martin N, Salmelin R. Adult brain plasticity elicitd by anomia treatment. J Cogn Neurosci 2003;15: Engelien A, Stern E, Silbersweig D. Functional neuroimaging of human central auditory processing in normal subjects and patients with neurological and neuropsychiatric disorders. J Clin Exp Neuropsychol 2001;23: Flor H, Elbert T, Knecht S, ym. Phantom-limb pain as a perceptual correlate of cortical reorganization following arm amputation. Nature 1995;375: Flor H, Denke C, Schaefer M, Grusser S. Effect of sensory discrimination training on cortical reorganisation and phantom limb pain. Lancet 2001;357: Forss N, Hari R. MEG tulee klinikkaan. Neuroscience News 1999;6 9. Forss N, Hietanen M, Salonen O, Hari R. Modified activation of somatosensory cortical network in patients with right-hemisphere stroke. Brain 1999;122: Forss N, Mäkelä JP, Keränen T, Hari R. Trigeminally triggered epileptic hemifacial convulsions. Neuroreport 1995;6: Forss N, Silén T, Karjalainen T. Lack of activation of human secondary somatosensory cortex in Unverricht-Lundborg type of progressive myoclonus epilepsy. Ann Neurol 2001;49:90 7. Gootjes L, Raij T, Salmelin R, Hari R. Left hemisphere dominance for processing of vowels: a whole-scalp neuromagnetic study. Neuro Report 1999;Sep 29;10(14): Hämäläinen M, Hari R, Ilmoniemi R, Knuutila J, Lounasmaa O. Magnetoencephalography theory, instrumentation, and applications to noninvasive studies of the working human brain. Rev Modern Phys 1993;65: Hari R. On brain s magnetic responses to sensory stimuli. J Clin Neurophysiol 1991;8: Hari R. Magnetoencephalography as a tool of clinical neurophysiology. Kirjassa: Niedermeyer E, Lopes da Silva F, toim. Electroencephalography. Basic principles, clinical applications and related fields. 4. painos. Baltimore: Williams & Wilkins, 1999, s Hari R. Magnetoenkefalografia aivotutkijan työkaluna. Duodecim 2001; 117: Hari R, Salmelin R. Human cortical oscillations: a view through the skull. Trends Neurosci 1997;20:44 9. Helenius P, Salmelin R, Service E, Connolly JF. Distinct time courses of word and context comprehension in the left temporal cortex. Brain 1998;121: Juottonen K, Gockel M, Silén T, Hurri H, Hari R, Forss N. Altered central sensorimotor processing in patients with complex regional pain syndrome. Pain 2002;98: Lamusuo S, Forss N, Ruottinen HM, ym. FDG-PET and whole-scalp MEG localization of epileptogenic cortex. Epilepsia 1999;40: Magnetoenkefalografia kliinikon apuna Lehesjoki A-E, Koskiniemi M. Clinical features and genetics of progressive myoclonus epilepsy of the Unverricht-Lundborg type. Ann Med 1998;30: Lewine J, Davis J, Sloan J, Kodituwakku P, Jr. OW. Neuromagnetic assessment of pathophysiologic brain activity induced by minor head trauma. Am J Neuroradiol 1999;20: Mäkelä JP, ym. Three-dimensional integration of brain anatomy and function to facilitate intraoperative navigation around the sensorimotor strip. Hum Brain Mapp 2001;12: Näätänen R, Escera C. Mismatch negativity: clinical and other applications. Audiol Neurootol 2000;5: Peyron R, Laurent B, Garcia-Larrea L. Functional imaging of brain responses to pain. A review and meta-analysis (2000). Neurophysiol Clin 2000;30: Salmelin R, Helenius P, Service E. Neurophysiology of fluent and impaired reading: a magnetoencephalographic approach. J Clin Neurophysiol 2000;17: Silén T, Forss N, Jensen O, Hari R. Abnormal reactivity of the 20 Hz motor cortex rhythm in Unverricht Lundborg type of progressive myoclonus epilepsy. Neuroimage 2000;12: Silén T, Forss N, Salenius S, Karjalainen T, Hari R. Oscillatory cortical drive to isometrically contracting muscle in Unverricht-Lundborg type progressive myoclonus epilepsy (ULD). Clin Neurophysiol 2002(a);113: Silén T, Karjalainen T, Lehesjoki AE, Forss N. Cortical sensorimotor alterations in Unverricht-Lundborg disease patients without generalized seizures. Neurosci Lett 2002(b);323: Uutela K, Hämäläinen M, Somersalo E. Visualization of magnetoencephalographic data using minimum current estimates. NeuroImage 1999;10: Virtaneva K, D amato E, Miao J. Unstable minisatellite expansion causing recessively inherited myoclonus epilepsy, EPM1. Nat Genet 1997;15: Wikstrom H, Roine RO, Annen HJ. Specific changes in somatosensory evoked magnetic fields during recovery from sensorimotor stroke. Ann Neurol 2000;47: Yousry TA, Schmid VD, Alkadhi H. Localization of the motor hand area to a knob on the precentral gyrus. A new landmark. Brain 1997; 120: NINA FORSS, LT, kok. neurol. dosentti nina@neuro.hut.fi Teknillinen korkeakoulu, kylmälaboratorion aivotutkimusyksikkö TKK, Espoo ja HUS:n neuroklinikka Helsinki 1653