Hans algoritmer ersätter osäkra antaganden

Går det att säkerställa att patienter får rätt dos läkemedel? Eller tar sin medicin som de ska? Alexander Medvedevs matematiska datamodeller ersätter osäkra antaganden med automatiskt fattade beslut.

Inom vården ökar behovet av moderna och effektiva behandlingsmetoder och tekniker. Där fyller datoriserade styrsystem en viktig funktion när det kommer till planering, beslut, genomförande och uppföljning kring behandling och medicinering. Grunden för automatisk styrning stavas reglerteknik, ett forskningsområde där Alexander Medvedev är en av modellkonstruktörerna. Hans fokus ligger på hur regleringar fungerar i levande natur, bland annat i människokroppen.

– Generellt försöker jag bygga matematiska ekvationer för att bland annat förklara uppmätta hormonhalter i blodet, säger Alexander Medvedev, professor i reglerteknik vid institutionen för informationsteknologi. Jag använder även matematisk modellering för att optimera och individanpassa behandlingar, bland annat vid automatisk dosering av läkemedel,

Arbetet sker tillsammans med forskare inom neurovetenskap, medicin och farmakologi och med läkare på Akademiska sjukhuset i Uppsala. Samarbetet med Akademiska inleddes redan 2007 då en läkare sökte upp Alexander Medvedev med ett problem kring reglering av endokrina system.

– Då handlade det om kvinnor med premenstruella besvär och läkaren var gynekolog. Jag började gräva djupare i problemet och upptäckte att det inte fanns någon sammanhängande matematisk teori för hur hjärnan reglerar endokrina körtlar, vilket är vad man måste ta itu med.

Alexander Medvedev startade då ett projekt om hur man bygger upp matematiska modeller för endokrina system. Forskningsteamets teori för att beskriva hur hjärnan styr endokrina system med hormonimpulser anser han vara sin mest betydelsefulla forskningsframgång hittills.

– Framgången ligger i det att vi börjat från scratch och kommit fram till något som stämmer överens med experimentdata och biologiska fakta. Jag håller på att skriva en bok om detta tillsammans med mina ryska kolleger. Mina samarbeten med läkare vid Akademiska sjukhuset har fortsatt, bland annat kring automatisk dosering av läkemedel vid narkos eller sjukdomar som Parkinson.

Idag finns det flera sätt att lösa problem med självdosering med hjälp av appar i mobilen, surfplattan eller datorn. Då påminns patienter om när läkemedlet senast måste tas eller hur de ska justera för missade doser. Mjukvaran kan också hjälpa till med att mäta symptom och jämföra med patientens historik, säger Alexander Medvedev.

– Medicinering kan vara väldigt svårt att bedöma på egen hand. Enligt läkarna tenderar patienter då att överdosera, vilket inte heller är bra eftersom ökad dosering ökar komplikationerna vid exempelvis Parkinson.

Att konstruera ekvationer som beskriver medicinska behandlingar tillstår han är en utmaning såväl matematiskt som ingenjörsmässigt. En viktigt del är att kunna mäta patientens symptom objektivt, och då behövs datoriserade tekniska lösningar.

En sådan teknik  är så kallad ögonföljning, eller eye-tracking, som används inom Parkinsonvården. Den går ut på att patienten iakttar och följer ett stimuli i form av en prick på en surfplatta medan två inbyggda kameror avläser ögonrörelserna. Genom att jämföra ögonens reaktioner på prickens rörelser kan läkarna bedöma hur svåra neurologiska symptom patienten har. Sådana tekniska hjälpmedel ger enligt Alexander Medvedev ett säkrare underlag och en högre effektivitetsnivå, något som sparar både tid och pengar.

– För att bestämma vilka värden som kan försummas och vilka som är viktiga utgår jag från matematisk analys. Därefter går jag till de biologiska eller medicinska data som finns, och jämför det jag ser i ekvationerna i datorn med de data som finns publicerade inom biologi och de signaler som läkarna kan mäta. Sen börjar jag fundera på om vi kan göra något experiment. Det är då det blir spännande för då testar vi en hypotes och för det behövs det samarbeten med läkare eller biologer. Det är den svåraste biten.

Hans senaste fokus är djup hjärnstimulering, en teknik som sedan 1980-talet använts för Parkinson men även för epilepsi, essentiell tremor och andra neurologiska tillstånd. Behandlingen sker vid Akademiska sjukhuset och innebär att patienten får elektroder inopererade i hjärnan som sedan stimuleras med elektriska signaler. Som patient får man en fjärrkontroll för att stänga av och på samt växla mellan olika inställningar. Den andra och mer avancerade enheten har läkaren för att programmera stimulering. Det Alexander Medvedev och hans forskarteam har gjort är att ta fram matematiska modeller som räknar ut den mest optimala inställningen för elektrisk stimulans.

– Vi tittar på magnetröntgenbilder som visar hur patientens hjärna ser ut och var elektroderna opererats in. Därefter kan vi räkna ut hur det elektriska fältet sprider sig i hjärnan och därmed hur stimuli ska se ut för att täcka ett visst område och inte spilla över. På så sätt berörs inte angränsande områden av det elektriska fältet, säger Alexander Medvedev.

– Det kan finnas flera inställningar på stimuleringen som ger liknande resultat enligt våra matematiska modeller. Då kan läkaren prova dessa på patienten och mäta behandlingens effekt på symtom som tremor och ögonmotorik. En sådan studie pågår just nu vid Akademiska sjukhuset. Såvitt vi vet är det första gången detta görs i Sverige.

Teamets första studie har visat att deras matematiska modeller stämmer ganska bra överens med verkligheten och att de stimuli som modellerna räknar ut fungerar på patienter. I genomsnitt har man åstadkommit en drygt 40-procentig reducering av mediciner till följd av hjärnstimulering. Det är särskilt angeläget vid Parkinson eftersom svårigheterna att dosera korrekt ökar med sjukdomsförloppet, berättar Alexander Medvedev.

– Vissa patienter blir motoriskt sett nästan symptomfria i samband med stimuleringen. Däremot kan det bli biverkningar om man stimulerar fel område eftersom olika delar av hjärnan är ansvariga för olika saker. Därför är det så viktigt att räkna ut var stimuleringen ligger och det kan inte läkarna idag. De kan inte se in i hjärnan, men datorn kan.

 

FAKTA ALEXANDER MEDVEDEV

Titel: Professor i reglerteknik.

Ålder: 59 år.

Familj: Fru Malin, bonusdotter Linn, son Kirill från tidigare äktenskap.

Bakgrund: Doktor i reglerteknik, Elektrotekniska universitetet i Leningrad, Sovjetunionen, 1987. Ett års forskningsvistelse vid Åbo Akademi i Finland följdes 1991 av ett lektorat vid Luleå tekniska universitet. Blev professor vid LTU 1998 och vid Uppsala universitet 2002.

Meriter i urval: Fick 25 miljoner i forskningsbidrag från Europeiska forskningsrådet 2009 tillsammans med forskningsledare professor Peter Stoica vid institutionen för informationsteknologi. Är en av grundarna av the IEEE Technical Committee on Medical and Health Care Systems 2013.

Om studievalet: Min släkt består sedan tre generationer tillbaka av läkare och professorer inom medicin.  Under uppväxten var jag ständigt omgiven av ämnet och det blev för mycket, jag ville hellre satsa på något annat. På 70-talet var det populärt i Sovjet med cybernetik, man pratade om mystiska automatiska system som skulle lösa alla problem. Det blev jag nyfiken på och ville jobba med det. Fast senare hann medicinen ikapp mig. Nu är jag ofta på sjukhus och pratar medicin med läkarna och tycker att det är jätteroligt.

Gör på fritiden: Gymmar

Dold talang: Komponerar små söta låtar på gitarr

Ville jag bli när jag var liten: Arkeolog

 

Rekordstort anslag till forskning om datoriserade system

Mer om Alexander Medvedev och hans forskning

 

Anneli Björkman