The role of caspase activity in axonal degeneration
OBJECTIVES: The main objective of our study is to investigate whether caspases have a role in axonal
degeneration.
MATERIALS & METHODS: Local ethical committee approval was obtained for animal experimentation. The
extending dorsal root ganglia neuron axons of mice were dissociated and cultured. At the 48
th
hour of
incubation they were cut with a laser beam and cells were continuously visualized over the next 24 hours.
Either caspase 3 or 6 inhibitor was added to some cultures. The preparation fixed at the end of this period was
processed for immunocytochemistry for visualization of both caspases. Another group of neurons were
transfected with tubulin-GFP and post-axotomy changes were visualized with a confocal microscope. For each
experimental group about 50 cells were used.
RESULTS: Following axotomy, morphologically and quantitatively two different types of degeneration, namely
fragmentation and retraction were observed in the proximal part. While inhibition of caspase 3 or 6 decreased
the proportion of retracting axons from about 80% to 30% (p<0.05), this did not affect the fragmentation.
CONCLUSION: Caspases, which were essentially associated with apoptotic processes, play a role in axonal
degeneration following axotomy as well.
Keywords: Axotomy, Degeneration, Caspase
Sözel Bildiriler / Oral Presentations
81
Sözel Bildiriler 5 / Oral Presentations 5
S25
BlueSpike: Beyin-makine arayüzü deneyleri için açık kodlu veri toplama ve
çevrimiçi sinirsel iğnecikleri sınıflandırma sistemi yazılımı
Mehmet Kocatürk
1
, Halil Özcan Gülçür
1
, Reşit Canbeyli
2
1
Boğaziçi Üniversitesi, Biyomedikal Mühendisliği Enstitüsü, İstanbul
2
Boğaziçi Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Psikoloji Bölümü, İstanbul
1
Boğaziçi University, Biomedical Engineering Institute, Istanbul, Turkey
2
Boğaziçi University, Department of Arts and Sciences Psychology Department, Istanbul,
AMAÇ: Beyin-Makine Arayüzü (BMA) çalışmaları çok birimli sinirsel iğnecik etkinliğinin yeterli sıklıkta
toplanmasını ve çevrimiçi olarak işlenmesini gerektirmektedir. Bu bildiride, BMA araştırmalarında kullanılmak
üzere geliştirdiğimiz açık kodlu sinirsel veri toplama ve çevrimiçi sinirsel iğnecikleri sınıflandırma sistemi
tanıtılmaktadır.
GEREÇ VE YÖNTEM: Sistem çok çekirdekli işlemci (Intel i7 930) kullanan bir masaüstü bilgisayar, 16 analog
girişli veri toplama kartı ve RTAI (Real-Time Application Interface, www.rtai.org) genişlemesi uygulanmış Linux
işletim sisteminden oluşmaktadır. Veri toplama kartının kontrolü COMEDI (Control and Measurement Devices
Interface, www.comedi.org) projesi tarafından geliştirilen kütüphane ve sürücüler ile sağlanmaktadır. İşlemcinin
bir çekirdeği veri toplama ve iğnecik sınıflandırma işlemleri için ayrılmış olup deney ortamının kontrolü ve BMA
modeli diğer işlemci çekirdekleri üzerinde koşturulmaktadır. 40 KHz örnekleme sıklığında toplanan 16 kanallı
veri diğer çekirdekler üzerinde koşan işlemlerin ulaşabileceği paylaşımlı bir bellek alanına yerleştirilmektedir.
BULGULAR: Geliştirilen bu sistem tasarımı sayesinde her bir milisaniyede bir paylaşımlı bellek bölgesine
yerleştirilen veri işlemcinin aynı çekirdeği kullanılarak işlenebilmekte ve her kanal için üç ayrı sinirsel iğnecik
şekli sınıflandırılabilmektedir. Böylece iğneciğin oluşma anı ile tespit edilmesi arasındaki gecikme 2 ms’den az
olmaktadır. Bütün kanallar için çevrimiçi iğnecik sınıflandırma işlemi (kalıp eşleştirme algoritması kullanılarak)
etkinleştirildiğinde bile sözü geçen işlemci çekirdeğinin kullanım oranı %16’ nın altında kalmaktadır.
SONUÇ: BlueSpike BMA araştırmalarına yönelik kurulum maliyetlerini en aza indirmektedir. Veri toplama
sisteminin kullanımı ve yönetilmesi oldukça kolaydır. Ek olarak kaynak kodları açık olduğundan yazılımın
çalışmadaki olası ihtiyaçlara göre değiştirilmesi ve geliştirilmesi de mümkündür.
Anahtar Kelimeler: Beyin makine arayüzü, Sinirsel iğnecik sınıflandırma, Veri toplama sistemi
Boğaziçi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon birimi tarafından desteklenmiştir (Proje
numarası: 5155).
BlueSpike: An online data acquisition and neural spike processing platform for
brain machine interface engineering experiments
OBJECTIVES: Brain machine interface (BMI) studies necessitate acquisition and online processing of neural
multi-unit activity at adequate frequencies. In the present report, we introduce a fully open source neural data
acquisition and online spike sorting system for BMI research.
MATERIALS & METHODS: The system consists of a PC equipped with a multi-core CPU (Intel i7 930), a data
acquisition card with 16 analog inputs and the Linux operating system with RTAI (Real-Time Application
Interface) extension. The drivers and libraries developed by the COMEDI Project (Linux Control and
Measurement Devices Interface) are used for management of the data acquisition hardware. One of the CPU
processors is dedicated to management of data acquisition and spike sorting while the others are used for
control of the experimental environment and BMI model. Sixteen channel data sampled at 40 KHz per channel
is buffered at a shared memory location made accessible to all the tasks running on different processors.
RESULTS: The data buffered into the shared memory every 1 ms can be processed by using the same
processor and three spike waveforms can be sorted for each channel. Therefore, the latency between the time
of spike generation and detection becomes less than 2 ms. While online spike sorting algorithm (template
matching) is active for all channels, usage of the mentioned processor is kept below 16%.
CONCLUSION: BlueSpike minimizes the setup costs for BMI research, making management and use of data
acquisition substantially easier. Additionally, as open source software, it is available to be modified and further
developed according to possible additional requirements.
Keywords: Brain machine interface, Spike sorting, Data acquisition system
Supported by Boğaziçi University BAP Grants (Project number: 5155).
Sözel Bildiriler / Oral Presentations
82
S26
Beyin kaynaklı nörotrofik faktör (BDNF) heterozigot fare korteksinde
GABAerjik salınım özellikleri ve EEG analizi
İsmail Abidin
1
, Mehmet Yıldırım
2
, Selcen Aydın-Abidin
1
, Ersan Kalay
3
, Ali Cansu
4
, Metehan Akça
2
,
Ulf T. Eysel
5
, Thomas Mittmann
6
1
Karadeniz Teknik Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Biyofizik Anabilim Dalı, Trabzon
2
Karadeniz Teknik Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Fizyoloji Anabilim Dalı, Trabzon
3
Karadeniz Teknik Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı, Trabzon
4
Karadeniz Teknik Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Pediatrik Nöroloji Anabilim Dalı, Trabzon
5
Ruhr Üniversitesi, Nörofizyoloji Anabilim Dalı, Bochum, D-44780 Bochum, Almanya
6
Johannes-Gutenberg Üniversitesi UMC, Fizyoloji ve Patofizyoloji Enstitüsü, Mainz, Almanya
1
Karadeniz Technical University, Faculty of Medicine, Department of Biophysics, Trabzon, Turkey
2
Karadeniz Technical University, Faculty of Medicine, Department of Physiology, Trabzon, Turkey
3
Karadeniz Technical University, Faculty of Medicine, Department of Medical Biology, Trabzon, Turkey
4
Karadeniz Technical University, Faculty of Medicine, Department of Pediatric Neurology, Trabzon, Turkey
5
Ruhr-University, Department of Neurophysiology, Bochum, D-44780 Bochum, Germany
6
UMC of the Johannes-Gutenberg University, Institute of Physiology & Pathophysiology, Mainz, Germany
AMAÇ: Beyin Kaynaklı Nörotrofik Faktör (Brain Derived Neurotrophic Factor, BDNF), sinir hücrelerinin gelişim
ve başkalaşımında kısa ve uzun süreli etkileri olan bir nörotrofik faktördür. Eksitatör ve inhibitör sistemler
üzerinde farklı etkileri bilinmektedir. Çalışmamızda BDNF’nin neokorteksteki inhibitör sinaptik geçiş ve EEG
üzerindeki olası etkileri araştırıldı.
GEREÇ ve YÖNTEM: Çalışmamızda BDNF proteinini kodlayan alellerden birinden yoksun, 21-29 günlük
heterozigot ve normal fareler kullanıldı. In vitro elektrofizyoloji deneylerinde, yama kıskacı tekniği yardımı ile,
tüm hücre uygulaması şartlarında, korteks tabaka II/III’ten spontan mini inhibitör postsinaptik akımlar
(mIPSCs) ve uyarılmış inhibitör postsinaptik akımlar (eIPSCs) kayıt edildi. Elektrokortikogram (EcoG) kayıtları
beyin yüzeyinden direk olarak in vivo şartlarda kayıt edilip EEG analizleri için kullanıldı.
BULGULAR: In vitro deneylerde, BDNF heterozigot fare korteksinde mIPSC frekansının (p<0.001) ve genliğinin
(p<0.005) anlamlı olarak azalmış olduğu görüldü. Uyarılmış GABAerjik akımların da benzer şekilde heterozigot
farede baskılandığı (p<0.01); bu akımlara ait azalma zaman sabitlerinin (p<0.01) ise arttığı tespit edildi. Bunun
yanında maksimum uyarılma durumunda elde edilen inhibitör ve eksitatör akımların genlikleri arasındaki oranın
(maxIPSC/maxEPSC) heterozigot farede azaldığı gösterildi (p<0.01). In vivo deneylerden elde edilen EEG
sinyallerinin analizi sonucu Gama bandı mutlak şiddetinin heterozigot farede azaldığı (p<0.005), diğer bantlarda
bir farklılığın olmadığı görüldü.
SONUÇ: BDNF’nin inhibitör sistemin fonksiyonel gelişiminde önemli rolü olduğu gösterilmiştir. Ayrıca BDNF
normal uyarılabilirlik için gereklidir.
Anahtar Kelimeler: BDNF, Korteks, İnhibitör sistem, EEG, Fare
Yerel etik kurullar (Zentralen Versuchstierhaltung Ruhr Uni. Bochum ve Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon)
tarafından onaylanmıştır.
GABAergic release properties and the EEG analysis in the cortex of Brain Derived
Neurotrophic Factor (BDNF) heterozygous mice
OBJECTIVES: Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF) is a neurotrophin with short and long term effects on
development and differentiation of neurons. Its differential roles on excitatory and inhibitory systems are
defined. In our study, the potential effects of BDNF on GABAergic synaptic transmission and EEG were
investigated.
MATERIALS & METHODS: 21-29 days old heterozygous mice that lacking one of the two alleles codes for
BDNF and normal littermates were used in this study. Whole-cell patch-clamp recordings were performed from
pyramidal neurons located in layers II/III of visual cortical slices and miniature postsynaptic inhibitory currents
(mIPSCc) and evoked inhibitory postsynaptic currents (eIPSCs) were recorded in vitro. Electrocorticogram
(EcoG) recordings were obtained directly from the brain surface in vivo and used for EEG analysis.
RESULTS The frequency (p<0.001) and the amplitude of (p<0.005) mIPSCs were found to be significantly
decreased in the cortex of BDNF heterozygous mice. Similarly, the amplitude of eIPSCs were depressed
(p<0.01) and the decay constants (p<0.01) of the eIPSCs were prolonged in BDNF heterozygous mice.
Furthermore, under maximal stimulation conditions, the ratios of the amplitudes of inhibitory to excitatory
currents (maxIPSC/maxEPSC) were reduced in heterozygous mice towards a decreased inhibition (p<0.01).
The analysis of EEG signals recorded in vivo, revealed that the absolute power of Gama band was significantly
decreased in heterozygous mice (p<0.005).
CONCLUSION: BDNF is important for the functional maturation of inhibitory system. Moreover, BDNF is
necessary for the normal excitation.
Keywords: BDNF, Cortex, Inhibitory system, EEG, Mice
A
pproved by the Local Animal Ethics Committees of the Faculty of Medicine, Karadeniz Technical University and Ruhr
Uni. Bochum.
Sözel Bildiriler / Oral Presentations
83
S27
Akut inme, kortikomusküler koheransa katkıda bulunan kortikal nöronal
osilasyonların merkez frekansını düşürmektedir.
Zübeyir Bayraktaroğlu, Katherina von Carlowitz-Ghori, Florian Losch, Gabriel Curio, Vadim V.
Nikulin
Charité, Universitätmedizin, Nöroloji Bölümü, Nörofizik Çalışma Grubu, Berlin, Almanya
Charité, Universitätmedizin, Department of Neurology, Neurophysics Group, Berlin, Germany
AMAÇ: İnmeden sonra erken dönemde motor korteks ve kaslar arasında fonksiyonel etkileşimin
kortikomusküler koherans (KMK) ile araştırılması amaçlanmıştır.
GEREÇ ve YÖNTEM: KMK ve kaynaklarının kestirimi, Regresyon-KMK yöntemi kullanılarak yapıldı. Çalışmaya
sekiz hasta ve yaşça eşleşen 10 sağlıklı birey alındı. Kayıtlamalar, tek-yanlı fokal lezyonlu hastalarda inmenin
akut döneminde (<5 gün) gerçekleştirildi. Kayıtlamalar sırasında, hastaların kas gücü Medical Research Council
skalasına göre ≥4/5’ti.
Tüm katılımcılar, bir levyeyi 0.5 N kuvvet ile hareket ettirip sabitleyerek başparmak abdüksiyonu gerçekleştirdi.
Ödev her iki el için ayrı ayrı uygulandı. Çok-kanallı EEG ve abdüktör pollicis brevis kasından kaydedilen EMG
sinyalleri KMK kestirimi için kullanıldı.
Wilcoxon işaretli-sıra testi istatistik karşılaştırma için kullanıldı.
BULGULAR: KMK, sağlıklı bireyler ve inme hastalarında ödevi gerçekleştiren elin karşısındaki hemisfer üzerinde
maksimuma ulaştı. Sağlıklı bireylerde ve hastaların sağlam hemisferlerinde KMK tepe frekansı, beta frekans
bandında (14-30 Hz; median: 17.75 Hz) saptandı. KMK tepe frekansı, hasarlı hemisferde anlamlı (p<0.05) bir
düşüş (median: 11.25 Hz) gösterirken, KMK büyüklüğündeki azalma anlamlılığa yakındı (p=0.078). Ancak,
hastaların sağlam hemisferi ile sağlıklı bireyler arasında fark gözlenmedi.
SONUÇ: İlk defa bu çalışma ile akut inmede kortikomusküler etkileşime katkıda bulunan nöronal osilasyonların
frekansının değiştiğini gösterildi. Minör parezinin görüldüğü hafif bir iskemik ataktan sonra bile distal kasların
kortikal kontrolündeki bozulma KMK değerlerine yansımaktadır ve bu sonuç, erken ipsi-lezyonel
reorganizasyonun, kortikomusküler senkronizasyonun oluşumu ile doğrudan bağlantılı olduğuna işaret
etmektedir.
Anahtar Kelimeler: Kortikomusküler koherans, İnme, EEG, EMG
Center for Stroke Research Berlin (CSB) tarafından desteklenmiştir.
Acute stroke slows the center frequency of cortical neuronal oscillations
contributing to cortico-muscular synchronization.
OBJECTIVES: Understanding the functional interactions between motor cortex and muscle in the early period
after stroke using cortico-muscular coherence (CMC).
MATERIALS AND METHODS: Regression-CMC method was used for estimating CMC and related sources.
Eight patients and 10 age-matched controls were recorded. The recordings were performed at the acute stage
of stroke (< 5 days) in patients with focal unilateral lesions. Muscle strength was ≥4/5 in Medical Research
Council scale at the time of recordings. All subjects performed a thumb abduction task by pressing and holding
a lever with 0.5 N force. The task was performed separately for each hand. Multichannel EEG and EMG from the
abductor pollicis brevis muscle were used for CMC estimation. The Wilcoxon signed-rank test was used for
statistical comparisons.
RESULTS: In both healthy subjects and stroke patients, CMC was maximal over the hemisphere contralateral
to the performing hand. The CMC peak frequency for healthy subjects as well as on the healthy hemisphere of
patients was in found the beta frequency range (14-30 Hz; median: 17.75 Hz). The CMC peak frequency
showed a significant (p< 0.05) decrease for the lesioned hemisphere (median: 11.25 Hz), while a decrease in
CMC magnitude was only near-significant (p=0.078). However, the differences between healthy-side in patients
and controls were not significant.
CONCLUSION: This is the first study showing that acute stroke changes the frequency of neuronal oscillations
contributing to cortico-muscular interactions. Even after a mild ischemic attack with minor paresis, disturbed
cortical control of distal muscles was reflected in CMC estimates, thus suggesting early ipsi-lesional
reorganization directly related to the establishment of cortico-muscular synchronization.
Keywords: Corticomuscular coherence, Stroke, EEG, EMG
Supported by Center for Stroke Research Berlin (CSB).
Sözel Bildiriler / Oral Presentations
84
S28
Kısa süreli bellek ile ilişkili elektriksel salınımların hemodinamik karşılıklarının
analizi
Itır Kaşıkçı
1
, Ali Bayram
2,3
, Başar Bilgiç
4
, Tamer Demiralp
5
1
İstanbul Üniversitesi, Deneysel Tıp Araştırma Enstitüsü, Sinirbilim Anabilim Dalı, İstanbul
2
Boğaziçi Üniversitesi, Biyomedikal Mühendisliği Enstitüsü, İstanbul
3
NPİSTANBUL Nöropsikiyatri Hastanesi, İstanbul
4
İstanbul Üniversitesi, İstanbul Tıp Fakültesi, Nöroloji Anabilim Dalı, İstanbul
5
İstanbul Üniversitesi, İstanbul Tıp Fakültesi, Fizyoloji Anabilim Dalı, İstanbul
1
Istanbul University, Institute of Experimental Medicine, Department of Neuroscience, Istanbul, Turkey
2
Bogazici University, Institute of Biomedical Engineering, Istanbul, Turkey
3
NPISTANBUL Neuropsychiatry Hospital, Istanbul, Turkey
4
Istanbul University, Istanbul Medical Faculty, Department of Neurology, Istanbul, Turkey
5
Istanbul University, Istanbul Medical Faculty, Department of Physiology, Istanbul, Turkey
AMAÇ: Kısa süreli bellek (KSB) / Çalışma belleği (ÇB) ile ilgili EEG çalışmalarının çoğu retansiyon fazı ile ilişkili
olarak posterior alfa salınımının genliğinde yükselme ve daha az tutarlı olarak frontal teta salınımının genliğinde
düşme bildirmektedir. fMRI çalışmalarının çoğunda ise KSB/ÇB süreçlerine ilişkin prefrontal ve pariyetal kortikal
alanlarda aktivasyon bildirilmiştir. KSB/ÇB'de retansiyon dönemine özgü posterior alfa salınımını pariyetal
bölgelerle, frontal teta salınımını prefrontal bölgelerle ilişkilendirmek olası gözükse de, EEG ve fMRI verilerinin
doğrudan
entegrasyonuna
dayanmayan
varsayımların
geçerliliği
tartışmalıdır.
Eşzamanlı
EEG-fMRI
kayıtlamalarının avantajı bir nöral sürece ait EEG ve fMRI bilgisine aynı anda ulaşarak, farklı zamanlarda yapılan
EEG ve fMRI ölçümleri arasında araştırılan değişkenin gösterebileceği değişkenlikleri ortadan kaldırmasıdır.
GEREÇ ve YÖNTEM: Bu çalışma kapsamında, 18 sağlıklı gönüllüde Sternberg benzeri bir bellek paradigması
kullanılarak eşzamanlı EEG-fMRI kayıtlamaları yapılmış ve KSB/ÇB'nin retansiyon fazında elde edilen EEG
sinyalleri, bağımsız bileşen analiziyle (ICA) topografik bileşenlerine ayrılmıştır. Ardından, EEG'nin farklı frekans
bantlarında sahip olduğu güç retansiyon dönemi ile retansiyon dışı dönemler arasında anlamlı farklılık gösteren
bileşenler saptanmış, ve bu bileşenlerden farklı bellek yüklerine sahip koşullar (2/6) ve kontrol (0) koşulu
arasında anlamlı farklılık gösterenler belirlenmiştir.
BULGULAR: KSB/ÇB'nin retansiyon fazında bellek yüküne korele olarak frontal alfa salınımı genliğinde düşme
ve bununla korele olarak sağ orbitofrontal ve dorsolateral prefrontal alanın fMRI aktivitesinde yükselme
bulunmuştur. Frontal teta salınımı genliğinde düşme ile korele olarak ise inferior temporal giruslar ile sol inferior
frontal korteks ve kuneus-prekuneus bölgesi aktivitesinde yükselme bulunmuştur.
SONUÇ: Söz konusu alanların bellek süreçleriyle ve varsayılan kip ağı ile yakın ilişkileri göz önüne alındığında,
EEG'de gözlenen KSB muhafaza sürecine ilişkin elektriksel aktiviteleri açıklayabilecek yapılar olduğu
görülmüştür.
Anahtar Kelimeler: Alfa salınımı, EEG, fMRI, Kısa süreli bellek, Sternberg Paradigması
İstanbul Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenmiştir (Proje numarası: 7104).
Analysis of hemodynamic correlates of electrical oscillations related with short-term
memory
OBJECTIVES: Majority of EEG studies related with short-term (STM) / working memory (WM) report increased
amplitudes of posterior alpha and frontal theta in the retention phase. In many fMRI studies prefrontal and
posterior parietal cortex activations were observed during STM/WM process. Althought posterior alpha
oscillations during the retention phase might be associated with parietal regions and frontal theta oscillation
with frontal regions, validity of such assumptions that do not rely on direct EEG/fMRI integration is
questionable.
5> Dostları ilə paylaş: |