Anahtar Kelimeler: Uzun süreli potansiyasyon, Hipokampüs, Soğuk stres, Kortikosteron
The effect of exposure to mild cold on hippocampal long term potentiation in the
dentate gyrus of rats
OBJECTIVES: Stress impairs long term potentiation (LTP) in the hippocampus. The majority of the studies
performed in the CA1 field of the hippocampus, in vitro. The mechanisms underlying the stress related effects
are still controversial. Corticosterone has received most attention to date. We aimed to investigate the impacts
of mild cold exposure on hippocampal LTP induction in rats.
MATERIALS & METHODS: Experimental procedures were approved by the Institutional Animal Care and Use
Committee of Erciyes University. Rats were randomly assigned either to control or acute (ACS) and chronic
(CCS) cold exposed groups. The control rats stayed in their home cages, while the experimental animals were
subjected to a 2 h period of cold exposure (4°C). This procedure was performed only once for ACS group,
whereas repeated for 21 days for CCS group. Right after the cold exposure, blood samples were collected for
assessment of plasma corticosterone levels and LTP recordings were taken.
RESULTS: Potentiations of the population spike (PS) amplitude and field excitatory postsynaptic potentials
(fEPSP) slope in ACS group were not statistically different from those of control (p>0.05). There was also no
difference between the CCS and control rats, except the fEPSP slope measured in the induction phase (p<0.05)
and PS amplitude measured in the maintenance phase (p<0.05). Plasma corticosterone levels in ACS and CCS
groups were higher than the control (p<0.05, for each).
CONCLUSION: Our results indicate that rewarming following acute cold stress may improve LTP response, but
chronic exposition might deteriorate the electrophysiological sign of working memory.
Keywords: Long term potentiation, Hippocampus, Cold stress, Corticosterone
Poster Bildiriler / Poster Presentations
159
P66
Görsel kortekste doğrusallık dışı hemodinamik yanıtlardaki sinirsel
mekanizmanın incelenmesi
Sinem Burcu Erdoğan
1
, Adil Deniz Duru
1
, Itır Kaşıkçı
2
, Elif Kurt
2
, Ahmet Ademoğlu
1
, Tamer
Demiralp
3
1
Boğaziçi Üniversitesi, Biyomedikal Mühendisliği Enstitüsü, İstanbul
2
İstanbul Üniversitesi, Deneysel Tıp Araştırma Enstitüsü, Sinirbilim Anabilim Dalı, İstanbul
3
İstanbul Üniversitesi, İstanbul Tıp Fakültesi, Fizyoloji Anabilim Dalı, İstanbul
1
Bogazici University, Institute of Biomedical Engineering, Istanbul, Turkey
2
Istanbul University, Institute of Experimental Medicine, Neuroscience Department, Istanbul, Turkey
3
Istanbul University, Istanbul Medical Faculty, Physiology Department, Istanbul, Turkey
AMAÇ: İşlevsel manyetik rezonans görüntüleme (iMRG) yöntemi ile elde edilen doku oksijenlenme seviyesine
bağlı (BOLD) hemodinamik cevaplarının doğrusallık dışı özelliği; bir çok olaya bağlı iMRG deney çalışmasında
gözlenmiştir. Bu durumun daha önceki çalışmalarda ayrıntıyla incelenmiş olmasına rağmen, altında yatan
sebebin sinirsel temelli olma ihtimali tam olarak açıklanamamıştır. Çalışmamızın amacı; hemodinamik yanıtların
doğrusal olmamasının altında yatan sinirsel mekanizmayı incelemektir.
GEREÇ ve YÖNTEM: Çalışmamızda alfa bandında verilen görsel uyarım frekansları (6Hz, 8Hz, 10Hz, 12Hz)
sırasında insandan alınan eş zamanlı EEG-iMRG kayıtları yardımıyla elektrofizyolojik ölçümler ve vasküler
dinamikler arasındaki bağıntı incelenmiştir. Friston ve arkadaşlarının hemodinamik modelinde açıklanan, nöronal
aktivitenin vasküler girdiye dönüşme verimliliğini yansıtan ''verimlilik'' parametresi (Friston ve arkadaşları,
2000); EEG bilgisi kullanılarak elde edilen iMRG haritalarında Bayes çıkarımı kullanılarak hesaplanmıştır.
BULGULAR: Gerek EEG kaynak görüntülerinden, gerekse BOLD yanıtlarından elde edilen ortalama genlikler
uyarım frekansına bağlı olarak doğrusallık dışı bir değişim göstermektedir. Ancak, görsel korteksteki elektriksel
kaynakların ortalama güç değişimlerinin tepe noktaları ile ''verimlilik'' parametresi arasında doğrusal bir ilinti
bulunmuştur (R
2
=0.89, p<0.05).
SONUÇ: Elde edilen sonuçlar, EEG ve iMRG işaretlerinin büyük ölçeklerde tutarlı olduğuna işaret etmektedir.
Bulgular gözlemlediğimiz hemodinamik cevapların doğrusallık dışı özelliklerinin; temelde yatan sinirsel
mekanizmanın doğrusallık dışı özelliğini yansıttığına işaret etmektedir. Nörovasküler bağıntıyı açıklayan
dönüşüm işlevinin; hızlı dinamiklere sahip sinirsel etkinliği düşük dinamikli vasküler girdiye dönüştüren alçak-
geçirgen bir süzgeç davranışı gösterdiği düşünülmektedir.
Anahtar Kelimeler: EEG, iMRG, Nörovasküler eşleşme, Hemodinamik yanıt
Investigation of the neural meachanisms underlying hemodynamic response
nonlinearity in the primary visual cortex
OBJECTIVES: It has been well accepted that the nonlinear hemodynamic responses of the blood oxygenation
level dependent (BOLD) functional MRI (fMRI) are important and widely present in a series of experimental
paradigms especially for event-related fMRI. Although this phenomenon has been intensively studied and the
post-capillary venous expansion has been found to be an intrinsically nonlinear mechanical process, the
existence of a possible neural basis for the nonlinearity has not been clearly shown. The aim of this study is to
investigate the neural mechanism underlying hemodynamic response nonlinearity in a series of visual
stimulation frequencies.
MATERIALS & METHODS: In this study, we assessed the correlation between electrical and vascular indices
by performing simultaneous electroencephalography (EEG) and fMRI recordings in humans during a series of
visual stimulation frequencies (6 Hz, 8Hz, 10 Hz, 12 Hz).
RESULTS: Both event-related potentials and hemodynamic responses show nonlinear behaviors with changes
of stimulation frequencies. However; the peak changes of mean powers of brain electrical sources and the
neuronal efficacies (as originally described in the hemodynamics model [Friston et al. Neuroimage, 12, 466-
477, 2000] ) which represent the vascular inputs in primary visual cortex consistently show a linear correlation
(R
2
=0.89, p<0.05).
CONCLUSION: The hemodynamic response nonlinearity found in this study primarily reflects the nonlinearity
of underlying neural activity. The results imply that EEG and fMRI signals are consistent at a large scale. The
transferring function of neurovascular coupling is likely a low pass filter which transduces the fast dynamics of
neural activity into a vascular input of slow dynamics.
Keywords: EEG, fMRI, Neurovascular coupling, Hemodynamic response
Poster Bildiriler / Poster Presentations
160
P67
Bilişsel etkinliği ile takip eden dinlenme süreçlerinde İşlevsel Bağlantısallığın
değişimi
Bilge Aksu
1
, Ata Akın
2
1
Boğaziçi Üniversitesi, Elektronik Mühendisliği Bölümü, İstanbul
2
Boğaziçi Üniversitesi, Biyomedikal Mühendisliği Enstitüsü, İstanbul
1
Bogazici University, Dept. Of Electronics Engineering, Istanbul, Turkey
2
Bogazici University, Institute of Biomedical Engineering, Istanbul, Turkey
AMAÇ: İşlevsel bağlantısallığın dinlenme ve etkinlik anlarındaki değişiminin fNIRS yöntemi ile ölçülmesi ile,
etkinliği takip eden dinlenme anlarındaki dinlenik durum işlevsel bağlantısallığın öncesindeki etkinlikten nasıl
etkilendiğini incelemek.
GEREÇ ve YÖNTEM: Prefrontal korteksin 16 değişik bölgesindeki hemodinamik değişimler araasındaki işlevsel
bağlantısallığı ölçmek için 17 yetişkin sağlıklı deneğe kelime-renk eşleştirilmiş Stroop deneyi uygulandı ve bu
esnada fNIRS sistemi ile ölçümler alındı. Her deneğe ait fNIRS oksihemoglobin verilerinden Nötral (N), Eşleşik
(C) ve Eşleşik olmayan (IC) uyaranlara karşı oluşan bağlantısallık, bu uyarımları takip eden dinlenme
periyotlarındaki bağlantısallıkla karşılaştırıldı. Her kanala ait bağlantısallık Gauss-Markov AR-1 modeliyle
hesaplandı. MNLS (minimum norm en küçük kareler) yöntemi ile değişik kanallar arasındaki bağlılık bulundu ve
16x16 bir bağlılık matriksiyle gösterildi. Her bir denek için elde edilen bu matriksler sonra da temporal bağlılığı
ölçmek için ITM (veri transfer metriği) adında bir metrikte kullanıldı. Bu 17 ITM sonucunun ortalaması alındı ve
iki kuyruklu T-test kullanıldı. Sonuçta, N,C,IC dinlenme periyotlarında elde edilen ortalama ITM 2 boyutlu
grafikle görselleştirildi.
BULGULAR: Artan bilişsel yük ile beyindeki işlevsel bağlantısallığın arttığı daha önce gösterilmişti. Bizim
çalışmamızda, değişik uyaranların dinlenme periyotlarında da uyaranda olduğu gibi benzer bir artış yaşandığı
gösterildi. Şöyle ki, N,C ve IC tipi uyaranlarda ortalama ITM 0.57, 0.61, 0.63, ve bu uyaranların dinlenme
periyotlarındaki değerlerinin 0.57, 0.60, 0.61 olduğu bulundu.
SONUÇ: İşlevsel bağlantısallığı hesaplamak için geliştirdiğimiz bu yöntem ile dinleme anlarındaki
bağlantısallığın, hemen öncesindeki etkinlikle çok etkilendiğini gördük. Özellikle yoğun bilişsel etkinliği takip
eden dinlenme anlarında da işlevsel bağlantısallık yüksek çıktı. Bu da beynin hemen dinlenmeye geçmediğini
gösteren fizyolojik bir bulgu oldu.
Anahtar Kelimeler: fNIRS, İşlevsel bağlantısallık, Dinlenme anı bağlantısallık
Functional connectivity during cognitive activity and the rest episodes following
activity
OBJECTIVES: Computation of the functional connectivity during cognitive activity and rest via fNIRS method
and investigate the influence of the load of cognitive activity on the connectivity of rest episodes.
MATERIALS & METHODS: Color-word matching Stroop task is used to investigate the functional connectivity
by measuring the hemodynamic changes at PFC via fNIRS from 17 healthy adults. Connectivity of fNIRS
Oxyhemoglobin data for the Neutral (N), Congruent (C) and Incongruent (IC) stimuli are compared against the
rest periods following each type of stimuli. The connectivity between each channel is calculated by a Gauss-
Markov AR-1 model. The MNLS (minimum norm least squares) approach is used to calculate the connectivity
between different channels and these values are represented by a 16x16 connectivity matrix. These matrices
specific to each subject are further used to measure temporal connectivity by a metric called ITM, information
transfer metric. The averages of these 17 ITM results are taken for each type of question and two-tailed T test
is used. At the end, for N,C,IC rest periods, average ITM is visualized on a 2D graph.
RESULTS: It was already observed that the functional connectivity of the brain increases with the increasing
cognitive load. In our work, it was shown that the functional connectivity during the rest periods undergoes the
same changes as in stimulus connectivity. Specifically the average ITMs for N, C and IC stimuli were found as
0.57, 0.61, 0.63, and for the corresponding rest times, it was found that these values are 0.57, 0.60, 0.61.
CONCLUSION: We observed that the metric we developed to compute the functional connectivity confirms a
direct influence of the connectivity at rest following cognitive activity. Connectivity at rest following heavy
cognitive activity is found to be high. This confirms that the brain requires longer time to achieve a rest state
after heavy cognitive activity.
Keywords: fNIRS, Functional connectivity, Resting connectivity
Poster Bildiriler / Poster Presentations
161
P68
3T MR’da alınmış eşzamanlı EEG-fMRG kayıtlarında birleşik artifakt
temizleme yöntemlerinin karşılaştırılması
Sinem Kara
1
, Basri Erdoğan
2
, Tamer Demiralp
3
, Letizia Leocani
1
, Giancarlo Comi
1
1
San Raffaele Eğitim ve Araştırma Hastanesi, Deneysel Nöroloji Enstitüsü, Milano, İtalya
2
Boğaziçi Üniversitesi, Biyomedikal Mühendisliği Enstitüsü, İstanbul
3
İstanbul Üniversitesi, İstanbul Tıp Fakültesi, Fizyoloji Anabilim Dalı, İstanbul
1
Università Vita-Salute IRCCS San Raffaele, Experimental Neurology Institute, Milan, Italy
2
Bogazici University, Biomedical Engineering Institute, Istanbul, Turkey
3
Istanbul University, Istanbul Medical Faculty, Department of Physiology, Istanbul, Turkey
AMAÇ: fMRG’yle eşzamanlı alınan EEG verilerinde meydana gelen gradyen (GA) ve balistokardiyogram (BKA)
artifaktları büyük oranda sorun yaratmaktadır. OAÇ, OKS ve BBA bu artifaktların temizlenmesi için kullanılan en
yaygın yöntemlerdir. Biz bu yöntemleri çalışmamızda OAÇ+BBA (OAÇBBA) ve OTK+BBA (OTKBBA) olarak
birleştirip, 3T MR’da bir yüz işlemleme ödevinden kaydedilen EEG/fMRG yanıtları üzerinde karşılaştırdık.
GEREÇ ve YÖNTEM: Her iki yöntemde de GA temizliği için Allen algoritması ve 0.5-40 Hz filtresi uygulandıktan
sonra BKA’nın temizlenmesi hedeflendi. BKA temizliğinin ilk aşaması olarak OAÇ ve OKS ayrı ayrı uygulandıktan
sonra ikinci aşama olarak göz artifaktları, GA ve BKA artklarının temizlenmesi için OAÇ veya OKS uygulanmış
verilerin tamamına BBA uygulandı. Artifakt temizliğinin niteliği (1) tek-dilim ERP varyansı ve (2) EKG spektrum
tepelerindeki bağıl EEG gücü ile değerlendirildi.
BULGULAR: İlk değerlendirme için olaya kilitli dilimler uyaran öncesi temel aktiviteye göre düzeltildi,
dilimlerdeki her bir kanal için uyaran sonrası aralıktaki noktaların standart sapması hesaplandı ve ortalaması
alındı. İkinci değerlendirmede EKG kanalının temel frekans ve 4 harmoniği belirlendi. Bu beş spektral EEG
tepesinin toplamı 0.25-12 Hz aralığındaki total EEG gücüne bölündü. Tek-epok OİP varyansında kontrol koşulu
ve diğer iki yöntem arasında fark anlamlı iken (p<0.001) OAÇBBA ve OTKBBA arasındaki fark anlamlı değildi.
EKG spektrum tepelerindeki bağıl EEG gücü OAÇBBA yönteminde OTKBBK’den anlamlı derecede küçüktü
(p<0.001).
SONUÇ: Karşılaştırmalardan en azından bir tanesi OAÇBBK performansının OTKBBK’nınkinden daha iyi
olduğunu göstermektedir.
Anahtar Kelimeler: Elektroensefalografi (EEG) - Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRG),
Ortalanmış artifaktın çıkartılması (OAÇ), Optimal temel küme (OTK), Bağımsız bileşenler analizi (BBA)
Comparison of combined artifact correction methods for simultaneously
recorded EEG-fMRI in a 3T MR system
OBJECTIVES: EEG data collected during fMRI suffers basically from gradient (GA) and ballistocardiogram
artifacts (BCG). Here we compare most commonly used artifact removal methods in a combined form as AAS +
ICA (AASICA) and OBS + ICA (OBSICA).
MATERIALS & METHODS: The EEG data was recorded during a face processing task in a 3T-MR. For both
methods, firstly GA cleaning by Allen’s algorithm and a 0.5-40 Hz band-pass filter was carried out. The first
stage of both methods aimed to correct BCGs through AAS or OBS, while the ICA in the second stage aimed to
correct the residual GAs, BCGs and ocular artifacts (OA). As control we applied ICA to only GA corrected data
for correcting OAs only. The quality of the artifact correction was assessed by (1) single-trial ERP variance and
(2) the relative EEG power at ECG spectral peaks.
RESULTS: For the 1
st
comparison event-locked epochs were baseline corrected, standard deviation over the
trials was computed and averaged over time points of the post-stimulus period and channels. For the 2
nd
comparison the sum of the first five EEG spectral peaks on ECG channel was divided by the total EEG power
between 0.25-12 Hz. Single-trial ERP variance showed significant difference between the control condition and
the other two methods (p<0.001) without a significant difference between AASICA and OBSICA, while the
relative EEG power at ECG spectral peaks was significantly smaller in AASICA technique compared with OBSICA
(p<0.001).
CONCLUSION: At least one of the comparisons suggests that AASICA performs better than OBSICA.
Keywords: Electroencephalography (EEG) - Functional magnetic resonance imaging (fMRI), Average artifact
subtraction (AAS), Optimum basis set (OBS), Independent component analysis (ICA)
Poster Bildiriler / Poster Presentations
162
P69
Beyin-makine arabirimleri için düşük maliyetli mikroelektrot dizisi
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, Faculty of Arts and Sciences, Psychology Department, Istanbul, Turkey
AMAÇ: Beyin-makine arayüzleri (BMA) implante mikroelektrot dizileri (MED) ile ölçülen merkezi veya periferik
sinir sistemine ait beyin aktivitesini deşifre etmek ve doğrudan bir bilgisayarı, protez uzvu, robotu kontrol
edecek veya felçli kasların kullanılmasını sağlayacak komutları üretmek için kullanılmaktadır. Sıçan motor
korteksi üzerindeki BMA araştırmalarımız için kendi veri toplama ve gerçek-zamanlı iğnecik ayıklama sistemimizi
geliştirdik ve gereken özel 8 kanallı mikroelektrot dizilerini ürettik. Ayrıntılar ve dizilerin üretim yöntemi bu
bildiride tanıtılmaktadır.
GEREÇ ve YÖNTEM: MEDler çoğunlukla VLSI imalatından uyarlanan teknolojiler kullanılarak üretilmektedir.
Silikon tabanlı iki ya da üç boyutlu, değişik esneklikte, prob çapı birkaç mikronu geçmeyen MEDler ticari olarak
üretilmiştir. Ancak bunlar pahalı ve amacımız için tam olarak uygun olmadığından kendi elektrodlarımızı yapma
yolunu seçtik. Elektrotların imalatı için, teflon yalıtımlı, %90 Platin, %10 iridyum alaşımından yapılmış 25
mikron çapında mikrotel kullandık. Teller kesilip, doğrultulduktan sonra çelik bir şablon (genişlik: 50 mikron,
aralığı: 250 mikron) kullanılarak yivler içine yerleştirildi. Diş akriliği ile tespit edildikten sonra küçük bir baskı
devre üzerindeki özel bir konnektöre lehimlenerek üretim tamamlandı.
BULGULAR: Hazırlanan mikrotel dizisinin implantasyondan sonraki empedans aralığı 1.7-1.9 MΩ olarak
ölçülmüştür (500 Hz kare dalga). Hazırlanan mikrotel dizisinin sıçan motor korteksi 5. katmanından üç aya
kadar kronik kayıt almayı mümkün hale getirdiği gözlenmiştir.
SONUÇ: Bu teknikle deneyimli bir araştırmacı 3-4 saat içerisinde 250 mikron aralıklı 8 kanallı bir mikroelektrot
dizisini kullanıma hazır hale getirebilmektedir. Bu mikroelektrot dizisinin maliyeti 15 dolar civarındadır.
Anahtar Kelimeler: Hücredışı kayıt alma, Mikroelektrot dizisi, Elektrofizyoloji yöntemi
Boğaziçi Üniversitesi Hayvan Deneyleri Yerel Etik Kurulu (BÜHADYEK) tarafından onaylanmıştır. Boğaziçi
Üniversitesi BAP Koordinasyon Birimi tarafından desteklenmiştir (Proje numarası: 5155).
A low-cost microelectrode array for brain-machine interfacing
OBJECTIVES: Brain-machine interfaces (BMIs) decipher brain activity from the central or peripheral nervous
system measured via implanted microelectrode arrays (MEAs) and generate appropriate commands to directly
control a computer, a prosthetic limb, a robot, etc. or provide the electrical signals that enable the use of
paralyzed muscles. We have developed our own neural data acquisition and online spike sorting system and
fabricated 8-channel microelectrode arrays for our BMI research on rat motor cortex. The details and the
fabrication methodology of the arrays are presented in this paper.
MATERIALS & METHODS: MEAs have been manufactured using various technologies, mostly adapted from
VLSI manufacturing. At present silicon-based 2D, 3D rigid and flexible MEAs with probe diameters not
exceeding a few microns are commercially available. Since they are expensive and not exactly suitable for our
purposes we made our own MEAs. For fabricating the electrodes, we used 25 micron microwire, made of an
alloy of 90% platinum, 10% iridium with Teflon insulation. Spooled wires were cut, straightened and put into
chambers using a steel template (width: 50 microns, spacing: 250 microns). After fixing with dental acrylic,
they were soldered to a special connector attached to a small PCB.
RESULTS: The impedance range of the microelectrode array was measured as 1.7-1.9 MΩ (500 Hz, square
pulses). It is observed that the fabricated microwire array enables chronic recordings from rat motor cortex
Layer V up to three months.
Dostları ilə paylaş: |