Multimodal bağlantı analizleri

Amaç: Yaratıcı düşünce ve usavurma, insan beyninin bilişsel kapasitesinin hiyerarşik olarak en tepesindeki ve en karmaşık sistemleridir. Birbirleri arasında dinamik bir etkileşim içerisinde olan bu iki kavram, insan ve toplum hayatının daha sürdürülebilir ve kaliteli olması açısından büyük bir stratejik öneme sahiptirler. Bu konuda uzun yıllardır pek çok bilimsel çalışma yapılmasına rağmen bu süreçlerin ardındaki nöral bileşenler ve sistemler hakkında kapsamlı çalışmalar son yıllara kadar yapılamamıştır. Gelişen teknik imkanların da yardımıyla, "Semantik Uzaklık" ve "Anoloji Tabanlı Usavurma" , fMRI görevi olarak modellenebilmiş ve yaratıcı düşünce araştırmaları konusuna yeni yöntemler ve bilgiler sağlamıştır. Bu çalışmanın amacı, kullanılan MR modalitelerini arttırarak (rs-fMRI,dwMRI) sadece görev sırasında aktive olan bölgeleri değil tüm beyni bir bütün ağ ve alt parçaları olarak değerlendirmek, yaratıcı düşüncenin oluşumunda katkıda bulunan bölge ve sistemlerin aktivasyon ve dinlenme sırasında nasıl bir fonksiyonel bağlantıya sahip olduklarını açıklamaktır. Yöntem: Çalışmaya 20-35 yaş arası, kendilerinde ve ailelerinde herhangi bir psikiyatrik bozukluk bulunmayan, en az lise mezunu, 30 sağlıklı gönüllü katılımcı dahil edilmiştir. Tüm katılımcıların MR taramaları Ege Üniversitesi Hastanesi 3T MR ünitesinde daha önce test edilen, çalışmaya en uygun parametreler kullanılarak yapılmıştır. Her katılımcı için yapısal olarak 3D-T1 ağırlıklı MP-RAGE ve 60 yönlü dwMRI, fonksiyonel olarak ise gözler kapalı 9 dakikalık rsfMRI ve "Analoji Tabanlı Usavurma" görevi sırasında BOLD fMRI görüntüleri elde edilmiştir. Tüm görüntüler kalite kontrolü ve ön işlemlerden geçirildikten sonra, fonksiyonel görüntüler üzerinde Freesurfer yazılım paketi ile "Semantik Uzaklık" kullanılarak parametrik modülasyon analizleri ve dinlenme halinde iken CONN MATLAB paketi ile ROIROI bağlantı analizleri yapılmıştır. Difüzyon ağırlıklı görüntülerde ise yine her katılımcı için FSL-ProbtrackX-Tracula yazılımları ile global probabilistik traktografi yapılmış ve fonksiyonel verilerde elde edilen kortikal yüzeylerin bağlantıları analiz edilmiştir. Kullanılan tüm yazılımlar ve araçlar açık kaynak kodlu olup modaliteler arası maksimum uygun hale getirmek için herbirinde gerekli düzenlemeler yapılmıştır. Bulgular: "Analoji Tabanlı Usavurma" görevi sırasında semantik uzaklığın artmasıyla görevde daha iyi performans gösteren bireylerin sol hemisfer gri madde yüzeyinde Intraparietal Sulcus, Anterior Cingulate Cortex-Ventral bölümü, Middle Frontal Gyrus, sağ hemisfer gri madde yüzeyinde Anterior Cingulate Cortex-Ventral bölümü alanlarında, subkoritkal analizlerde ise sağ ve sol Caudate Nucleus'ta, tüm beyin hata düzeltmelerinden sonra anlamlı BOLD sinyal korelasyonu saptandı.. Görevde daha başarılı olan katılımcıların dinlenme sırasında sol IPS ve sağ Inferior Frontal Junction kortikal bölgeleri arasında fonsiyonel korelasyon bulunduğu saptandı (T=4.77, p.0221). Difüzyon görüntülerinde 16 ana beyaz madde yolağında yapılan global probabilistik analizler sonucunda görev performansı ile bu yolaklar arasında anlamlı bir korelasyon bulunamamıştır. Ancak beyaz madde yüzeyinde ROI tabanlı probabilistik traktografi analizlerine uygulanan Çizge Teorisi sonucu, sol hemisfer Medial OFC, Pars Orbitalis ,ACC Rostral, Amigdala ve sağ hemisferde Pars Triangularis, Precentral Gyrus, Postcentral Gyrus, Superior Frontal Gyrus ve Cuneus'ta görev başarısıyla anlamlı korelasyon bulunmuştur. Sonuç: Yaratıcı düşünce ve usavurmanın daha önceki çalışmalarda da belirlenen kortikal bölgelerin daha aktif kullanılmasıyla daha başarılı hale geldiği görülmektedir. Çalışmamız bu bilgilere dinlenme halindeki fonksiyonel bağlantı ve traktografi sonuçlarını ekleyerek yaratıcı düşüncenin salt aktivasyonun yanında ağ özellikleri açısından da ayırt edilebilir bileşenlerini göstermesi açısından oldukça önemlidir. Önümüzdeki çalışmalarda bu bölgelerin tekil bağlantılarının da incelip daha detaylı bir ağ haritası çıkarılması hedeflenmektedir.Introduction: Creative thinking and reasoning are the paramount of human cognitive capacity and one of the most complex systems. These 2-way interactive and dynamic systems have a great strategic value in terms of sustainability and quality of human life. In spite of many scientific research done in this area, underlying neural mechanisms of these cognitive processes have not been discovered yet. With help of advances in neuroimaging it has been possible to model an fMRI experiment using “Semantic Distance” and “Analogy Based Reasoning”. Aim of this study is, investigate whole brain and its sub-divisions as a network and interacting pair of nodes while performing an analogy based reasoning test and resting state by increaisng the number of MRI modalities with rs-fMRI and dwMRI. Method: 30 participants aged between 20-35, who doesn’t have any psychiatric disorders have been included in this study. All MR scans are completed at Ege University Hospital 3T MR Unit, using previously selected best fit parameters. 3D T1-wieghted MP-RAGE and 60 directions dwMRI data collected for structural and 28 minutes task-based and 9 minutes resting state fMRI data collected for functional analysis. After quality control and preprocessing steps all data analysed using Freesurfer software suite and CONN toolbox. Diffusion weighted images analysed with FSL-ProbtrackX-Tracula software using gloval probabilistic tractography, assesing connectivity of gray matter surfaces. All software was used on this study was open source and licensed under GPL. Results: We found significant BOLD signal correlated regions in the left hemisphere Intraparietal Sulcus, Anterior Cingulate Cortex-Ventral part, Middle Frontal Gyrus, in the right hemisphere Anterior Cingulate Cortex-Ventral part and in subcortical areas, right and left Caudate Nucleus. Left IPS and right IFJ were significantly correlated with task performance while in resting state and therefore showed a strong functional connection. We analysed 16 major white matter tracts using global probabilistic tractography, but couldn't find any significant correlations. However, applying Graph Theory analysis of ROI based probabilistic tractography using whitematter surfaces, we found significant correlations between task score and vertexlevel attributes in the following areas; left hemi: Medial OFC, Pars Orbitalis ,ACC Rostral, Amigdala and right hemi: Pars Triangularis, Precentral Gyrus, Postcentral Gyrus, Superior Frontal Gyrus and Cuneus. Conclusion: Similar cortical regions were found correlated with creative thinking and reasoning as previous studies suggested. In addition to previous findings we showed functional and structural connectivity properties of the human brain in relation with creativity and reasoning. In future studies it is important to asses the connectivity of these spesific areas and their network properties as they are shown to be linked with creativity and reasoning

Investigating Connectivity of Orbitomedial Prefrontal Region in a Patient with Traumatic Brain Injury

Prefrontal bölgeyle ilgili çalışmalar son yıllara kadar büyük oranda gri madde hasarına odaklanmıştır. Güncel çalışmalar ise kortikal hasarın yanı sıra iki beyin bölgesi arasındaki bağlantılarda bozulmanın da bilişsel bozukluklara katkıda bulunduğunu göstermektedir. Günümüzde Difüzyon Tensör Görüntüleme (DTG) yardımıyla beyaz madde lifleri değerlendirilebilmekte, devreler üç boyutlu olarak yapılandırılarak ilgili ölçümler yapılabilmektedir. Bu yazıda, travmatik beyin hasarından sonra ciddi davranış değişiklikleri, panik atakları, paresteziler ve işitme varsanılarının ortaya çıktığı bir olgu sunulmuştur. Olgu detaylı kliniknöropsikolojik incelemenin yanı sıra manyetik rezonans görüntüleme ve DTG ile değerlendirilmiştir. Sol orbitofrontal bölgede yaklaşık 3,4 cm çapında ensefalomalazik alan saptanmış, Difüzyon Tensor Traktografi ile lezyon tarafındaki major beyaz madde devreleri karşı taraftaki simetrik devrelerle karşılaştırılmıştır. Lezyon tarafındaki inferior frontooksipital fasiküle ait hiç akım hattı (streamline) saptanamamış, unsinat fasikül ve singulum devrelerinin akım hattı sayılarıysa karşı tarafa göre sırasıyla %62 ve %34 oranında daha düşük bulunmuştur. Travmatik beyin hasarında beyaz madde devrelerinin zarar görmesi, travma bölgesiyle bağlantısı bozulan farklı bölgelerde işlev bozukluklarına yol açabilmektedir. Olgumuzda da travma sonrasında ortaya çıkan belirtiler, hasarın meydana geldiği bölgenin işlev bozukluklarıyla sınırlı kalmamıştır. Bu olgu sunumunda; hasarlı bölgeyle bağlantılı devrelerin zarar gördüğü ileri tanı yöntemleriyle gösterilmiş, doğrudan hasara uğramayan kortikal bölgelerle ilgili klinik bulguların da ortaya çıktığı vurgulanmıştırInvestigating Connectivity of Orbitomedial Prefrontal Region in a Patient with Traumatic Brain InjuryThe majority of the research studying the prefrontal region has focused on gray matter injury. However, recent studies show that damage to white matter also contributes to the development of cognitive impairment after traumatic brain injury (TBI). Through the use of diffusion tensor imaging (DTI), it is now possible to assess the white matter fiber pathways between brain regions. With Diffusion Tensor Tractography (DTT), fibers of interest can be three dimensionally reconstructed and associated measurements can be performed. In this paper, we present the case of an individual that suffered from panic attacks, behavioral changes, auditory hallucinations and disturbing bodily sensations after traumatic brain injury. The patient was evaluated with a detailed clinical and neuropsychological assessment, magnetic resonance imaging (MRI) and DTI. MRI revealed cystic encephalomalasia with a diameter of 3.4 cm in the left orbitomedial frontal region. With DTT, major white matter tracts of the traumatized area were compared with symmetrical tracts in the contralateral side. Streamline count for the right inferior fronto-occipital fasciculus (iFOF) was 54 while no streamlines could be found for the left iFOF. For the left uncinate fasciculus and the left cingulum, streamline counts were significantly lower compared with the right side (62% and 34% lower; respectively). White matter damage in TBI can cause dysfunction of different brain regions through disruption of connections with the traumatized area. In this case report, we emphasized that symptoms were not limited with dysfunction of the traumatized region and the regular functions of other brain regions were also affected via the disturbance of connection pathway

Testing an Internet-Based Turkish Obesity Behavioral Therapy Program: A Randomized Study

Amaç: Davranışçı terapi, obeziteyle ilişkili hastalıkların önlenmesi için ilk sırada önerilen terapi yöntemidir. İnternet tabanlı programlar, psikiyatrik bozuklukların ve sistemik hastalıkların tedavisinde bilişsel davranışçı terapiyi çok sayıda hastaya düşük maliyetle ulaştırmak için kullanılmaktadır. Bu çalışmanın amacı ilk Türkçe obezite davranışçı terapi programının geliştirilmesi ve kısa dönemdeki etkinliğinin test edilmesidir. Yöntem: Çalışma için Diyabeti Önleme Programı’nda kullanılan davranışçı stratejilere dayanan Türkçe bir internet tabanlı davranışçı terapi programı geliştirilmiştir. Psikiyatri, endokrinoloji, beslenme ve spor bilimleri alanlarından uzmanların iş birliğiyle yaklaşık iki yılda geliştirilen internet tabanlı programın etkinliğinin test edilmesi için 8 hafta süren seçkisiz bir çalışma yürütülmüştür. Beden kitle endeksi 25 ile 40 arasında olan toplam 101 hasta rastgele olarak internet davranışçı terapi (İDT, n=51) ya da eğitici e-posta (EE, n=50) gruplarına dağıtılmıştır. İDT grubundaki katılımcılara davranışçı kilo verme tekniklerinin öğretildiği ve günlük kalori dengesinin hesaplanması için kendini – izlem fonksiyonunun sunulduğu internet programına erişim hakkı sağlanmıştır. EE grubundaki katılımcılara ise sekiz hafta boyunca sağlıklı beslenme, fiziksel egzersiz ve kilo verme konularında genel bilgiler içeren elektronik postalar gönderilmiştir. Çalışmanın temel çıktısı 8 hafta sonunda vücut ağırlığında görülen değişimdir. Bulgular: Eksik veriler için başlangıç verilerinin ileriye taşınmasıyla yapılan analizde, 8 hafta sonunda ortalama (ss) kilo kaybı İDT grubunda EE grubuna göre daha fazla olmuştur. [2,28 kg (2,11)’a karşı 0,74 kg (1,57); p=0,001]. Klinik olarak anlamlı kabul edilen %5 kilo kaybına ulaşan katılımcıların oranı da İDT grubunda daha yüksek bulunmuştur (%17,6’ya karşı %2; p=0,016). Sonuç: Yapılandırılmış internet davranışçı terapi programını kullanan katılımcılar, 8 hafta sonunda kilo vermeyle ilgili haftalık bilgilendirici elektronik posta alan katılımcılara göre daha fazla kilo vermiştir. İnternet tabanlı davranışçı terapi programları hekimlerin obezite hastalarına önerebilecekleri düşük maliyetli bir alternatif olma potansiyeli taşıyabilir.Objective: Behavioral treatment is recommended as the first line intervention for the prevention of health problems pertaining to obesity. Internet-based programs are used to provide cognitive behavioral therapy for psychiatric disorders and systemic diseases to a large number of patients at low cost. The aim of this study is to develop the first internet based Turkish obesity behavioral therapy program and test its short-term effectiveness. Method: A Turkish web-based behavioral therapy program based on the behavioral strategies employed in the Diabetes Prevention Program was generated. In order to test the effectiveness of this internet-based program an eight week randomized study was conducted. A total of 101 overweight participants with body mass index in the 25-40 range were randomly assigned to an eight-week weight loss program using either the Internet Behavior Therapy (IBT, n=51) or e-mail education (EE, n=50). The participants in the IBT group were provided access to an Internet program that provided videos teaching behavioral weight-loss skills as well as a self-monitoring platform to calculate the daily calorie balance. The participants in the EE group received weekly e-mails with information on healthy eating, physical exercises and weight loss for eight weeks. The primary outcome measure was the observed weight change at the end of the 8 weeks. Results: In the analyses wherein baseline weight was carried forward for missing data, the IBT produced significantly larger mean weight loss in comparison to the EE at the end of the 8 weeks [2.28 kg (2.11) vs. 0.74 kg (1.57), p=0.001]. The participants in the IBT group, when compared to the EE group, were also more likely to achieve a clinically significant weight loss of 5% of their initial body weight at the end of the 8-week study period (17.6% vs. 2%, p=0.016). Conclusion: The participants who received a structured IBT intervention lost significantly more weight after two months, compared to those who received weekly informational emails regarding weight loss. Internet-based behavioral therapy programs may have the potential to serve as a low-cost alternative for obese patients

Longitudinal monitoring of the mouse brain reveals heterogenous network trajectories during aging

Abstract The human aging brain is characterized by changes in network efficiency that are currently best captured through longitudinal resting-state functional MRI (rs-fMRI). These studies however are challenging due to the long human lifespan. Here we show that the mouse animal model with a much shorter lifespan allows us to follow the functional network organization over most of the animal’s adult lifetime. We used a longitudinal study of the functional connectivity of different brain regions with rs-fMRI under anesthesia. Our analysis uncovers network modules similar to those reported in younger mice and in humans (i.e., prefrontal/default mode network (DMN), somatomotor and somatosensory networks). Statistical analysis reveals different patterns of network reorganization during aging. Female mice showed a pattern akin to human aging, with de-differentiation of the connectome, mainly due to increases in connectivity of the prefrontal/DMN cortical networks to other modules. Our male cohorts revealed heterogenous aging patterns with only one group confirming the de- differentiation, while the majority showed an increase in connectivity of the somatomotor cortex to the Nucleus accumbens. In summary, in line with human work, our analysis in mice supports the concept of de-differentiation in the aging mammalian brain and reveals additional trajectories in aging mice networks