HERMES - Regeneratiivisen lääketieteen tehostetut hybridijärjestelmät

Epilepsia voi pahimmillaan olla vammauttava sairaus, johon liittyy etenevä aivovaurio. Maailmassa on noin 50 miljoonaa epileptikkoa, joista noin 8 miljoonaa on Euroopassa. HERMES-tutkimusprojekti keskittyy yleisimpään epilepsiamuotoon, ohimolohkon epilepsiaan, jota ei aina voida hoitaa lääkkeillä. Ohimolohkon epilepsia vaikuttaa aivojen oppimiseen, muistiin ja tunteisiin liittyviin alueisiin, kuten aivotursoon. HERMES-projekti sai yli 8 miljoonaa euroa rahoitusta Euroopan komission Horizon 2020 -ohjelmasta Future & Emerging Technologies (FET), joka on yksi EU:n teknologisesti vaativimmista tutkimusohjelmista. Kuten tyypillistä FET-projekteissa, HERMES-projektin tarkoituksena on tuottaa prototyyppi idean vahvistamiseksi. Mahdolliset ihmiskokeet tulevat vasta onnistuneen projektin jälkeen.

HERMES-konsortio yhdistää voimansa uuden regeneratiivisen lääketieteen paradigman luomiseksi ohimolohkon epilepsiaan pyrkien voittamaan siihen liittyvän biologisen epävarmuuden: tehostettu regeneratiivinen lääketiede perustuu neuraalielektroniikkaan (neural electronics - biohybrid neuronics), joka yhdistää aivoihin liittyvän kudosteknologian, neuromorfisen mikroelektroniikan ja teköälyn symbioottiseksi kokonaisuudeksi.

HERMES-projektin tavoitteena on vaurioituneen aivoturson aivojen tilaa ohjaavien toimintojen uudelleen rakentaminen. Tätä varten projektissa rakennetaan toisaalta biologista aivotursokudosta ja toisaalta sähköinen neuromorfinen aivoproteesi, joka matkii hermosolukon toimintaa. Näistä kahdesta osasta koostetaan aivosiirre korjaamaan vahingoittunutta aivojen osaa. Siirteen aivoproteesia ohjaa tekoäly, joka opettaa biologista kudossiirrettä yhdistymään terveisiin aivojen osiin, tarkoituksena välttää epilepsian aiheuttamia aivomuutoksia.

Tämän tavoitteen saavuttamiseksi hankkeessa kehitetään useita uusia teknologioita:

RAKENTAMINEN - rakennetaan biologinen ja neurotekninen biohybridi neurosiirre korjaamaan tai uudelleen rakentamaan aivojen toimimattomia tai vaurioituneita alueita.

TOIMINNALLISUUS - toteutetaan neurosiirteeseen halutut toiminnalliset ominaisuudet hermosolukon toiminnan matkimiseksi.

VUOROVAIKUTUS - varmsitetaan, että siirre ja isäntäsolukko muodostavat toiminnallisen kokonaisuuden. 

INTEGRAATIO - ohjataan siirteen ja isäntäsolukon toimintaa yhdessä hyöduntäen eritasoisia oppivia järjestelmiä mukaanlukien tekoäly.

SOPEUTUMINEN - varmistetaan, että siirrännäishermostokudos sopeutuu isäntähermostoon ilman patologista käyttäytymistä (ilman kudoksen epänormaalia toimintaa).

 

Tampereen yliopiston MET tiedekunnan rooli hankkeessa:

Tampereen yliopiston lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunnan (MET) prof. Hyttisen laboratorion tehtävänä on kehittää laskennallisia malleja ja menetelmiä terveen ja epileptisen aivojen tilan ja dynamiikan arvioimiseksi. Kehitettäviä malleja ja menetelmiä hyödynnetään projektissa kehitettävän aivosiirteen ohjaamiseen ja toiminnan arviointiin.

Projektin pitkän aikavavälin vaikuttavuus tulee näkymään uusina tekolgioina aivosairauksien kuten epilepsian hoidossa. Hankkeessa kehitetään lisäksi useita uusia teknologioita joilla on käyttöä aivotutkimuksessa laajemmin sekä useilla alueilla hankkeen välittömän sovelluskohteen ulkopuolella. Hankeen teknologiakehitys kattaa laajan kirjon uusia mentelmiä sisältäen uusien biomateriaalien, uusien in-vitro solukasvatusmenetelmien, uusien signaalnkäsittelymenetelmien ja neuroprosessien mallinnusmenetelmien, komplesisten järjestelmien analyysin, oppivien järjestelmien kuten AI ja memnistoreiden kehittämistä. Hankeen yhteänä tärkeänä tavoitteena on myös nostaa keskusteluun uusien teknologioiden etiikka ja tästä on esimerkkinä https://www.brainjam.eu/  aktiivinen keskustelu.

Italian Institute of Technology (Italia)