Beyinde fonksiyonel bağlantısallık ile serebrovasküler reaktivite arasındaki etkileşimin araştırılması
Investigation of the interaction between functional connectivity and cerebrovascular reactivity in the brain
Yazar: İDİZ İSET
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ BAYRAM
İstanbul Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Sinir Bilimi Ana Bilim Dalı / Sinirbilim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizyoloji = Physiology ; Nöroloji = Neurology ; Radyoloji ve Nükleer Tıp = Radiology and Nuclear Medicine

Özet:
Fonksiyonel MR görüntüleme beyin aktivitesinin takibini dolaylı bir yolla yapar ve serebral kan akımını etkileyen faktörlerden etkilenir. Bunun yanında, vazoaktif uyarana karşı vasküler yanıtı temsil eden serebrovasküler reaktivite (CVR), fonksiyonel yanıt benzeri bir sinyal artışı şeklinde kendini göstermektedir. Fonksiyonel aktivitenin analiz yöntemlerinden olan fonksiyonel bağlantısallık analizi beyinde senkron işleyen ağların tespitinde kullanılmaktadır. Araştırmalarda nöronal kaynaklı olduğu varsayılan bağlantısallık ağları üzerinde serebrovasküler reaktivitenin etkilerinin araştırılması bu tezin temel amacıdır.
Hiperkapni deneyi sırasında fonksiyonel görüntülemesi yapılmış 10 sağlıklı gönüllüye ait yedi dakikalık veri seti ve tidal sonu parsiyel karbondioksit basınç (PETCO2) değerleri açık erişimli veri tabanından alınarak analizlerde kullanılmıştır. Grup bağımsız bileşen analizi ile 100 uzamsal bileşen elde edilmiş ve 40'ı içsel bağlantısallık ağ (İBA) bileşeni olarak tanımlanmıştır. İBA bileşenlerinin zaman serileri ve PETCO2 zaman serileri arasındaki korelasyonu, uzamsal haritaların ortalama CVR değerlerinin bileşenler arası farklılaşması üzerine istatistiksel çıkarımlar yapılmıştır. İBA bileşenleri için dinamik bağlantısallık hesaplamaları yapılmış ve PETCO2 değişimi ile modülasyonunun belirginliği test edilmiştir. Belirginlik eşiği çoklu karşılaştırma düzeltmesi ile kullanılmıştır (pFWE<0.05). Sonuçta 40 İBA bileşeninin 11'inde belirgin PETCO2 sinyal korelasyonu tespit edilmiş ve CVR'ın bağlantısallık ağlarını yaygın etkileyen bir faktör olduğu şeklinde yorumlanmıştır. İBA bileşen haritalarının CVR değerleri bileşenler arasında belirgin değişimi bileşenler arası sinyal karşılaştırmalarında fizyolojik etkilere dikkat edilmesi gerektiği şeklinde yorumlanmıştır. Dinamik bağlantısallığın PETCO2 ile modülasyonunun sınırlı seviyede kalışı görece fizyolojik sinyallerden daha az etkilendiği şeklinde yorumlanmıştır.
Bu çalışma, TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir. Proje No: 122S188

Abstract:
Functional MRI performs indirect monitoring of brain activity and is influenced by factors affecting cerebral blood flow. Additionally, cerebrovascular reactivity (CVR), which represents the vascular response to a vasoactive stimulus, manifests as an increase in functional-like signals. Functional connectivity analysis is used to detect functional networks in the brain. The main objective of this thesis is to investigate the effects of cerebrovascular reactivity on functional connectivity networks.
Data from a seven-minute fMRI dataset and partial pressure of end tidal carbon dioxide (PETCO2) values of 10 healthy volunteers who underwent imaging during a hypercapnia experiment were obtained from an open-access database. Group independent component analysis yielded 100 spatial components, 40 of which were defined as intrinsic connectivity network (ICN) components. Statistical inferences were made on the correlation between the ICN components' time series and PETCO2 time series, as well as the variation of the mean CVR values among the components' spatial maps. Dynamic connectivity calculations were performed for the ICN components, and the significance of PETCO2 variation and modulation was tested, using a significance threshold with multiple comparison correction (pFWE<0.05). As a result, significant PETCO2 signal correlations were detected in 11 out of 40 ICN components, suggesting that CVR affects connectivity networks. The significant variation in CVR values among the ICN maps highlights the need to consider systemic effects in signal between the components. Furthermore, the limited modulation of dynamic connectivity by PETCO2 indicates that it is relatively less influenced by physiological signals.
The present work was supported by TÜBİTAK. Project No. 122S188