Semantik ve sözdizimsel süreçlerde çalışma belleğinin fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme ile incelenmesi
Investigation of working memory during semantic and syntactical processes with functional magnetic resonance imaging
Yazar: KARDELEN ERYÜREK
Danışman: PROF. DR. TAMER DEMİRALP
İstanbul Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Sinir Bilimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Nöroloji = Neurology ; Psikoloji = Psychology
Dizin: Anlam bilim = Semantics ; Bellek = Memory ; Kısa süreli bellek = Short term memory ; Manyetik rezonans görüntüleme = Magnetic resonance imaging ; Nöro dil bilim = Neuro linguistics ; Çalışma belleği = Working memory

Özet:
Sözel çalışma belleğinde semantik ve sözdizimsel süreçlere yönelik farklılıklara ilişkin nörogörüntüleme bulguları kısıtlıdır. Bu çalışmada, semantik ve sözdizimsel sözel çalışma belleği süreçlerinde beyinde oluşan aktivasyonlar ve fonksiyonel bağlantısallık örüntüsü fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRG) ile araştırıldı. Semantik çalışma belleği sözcük sıklığı ve çalışma belleği yükü; sözdizimsel işlemleme ise bağlama ve taşıma sözdizimsel yapıları ile çalışma belleği yükü etkileriyle incelendi. 25 sağlıklı katılımcının verilerinden edinilen bulgulara göre, aktivasyonlar özellikle dorsal dikkat (DAN), kontrol ağı (CONT) ve görsel ağ (VIS) alanlarında gözlendi. Her iki ödev sırasında, olağan durum ağı (DMN) ve dikkat çekerlik/ventral dikkat ağ alanları deaktivasyon gösterdi. Öne çıkan aktivasyonlar, semantik çalışma belleği sürecinde bilateral inferiyor frontal girusta (IFG), sözdizimsel işlemlemede sol fronto-pariyetal alanlar, serebellum ve talamik yapılarda gözlendi. Semantik çalışma belleğinde, sözcük sıklık etkisi, bilateral DAN, CONT ve VIS alanlarında daha yüksek aktivasyona yol açarken, sözdizimsel işlemlemede bağlama sol IFG'de taşımaya göre daha yüksek aktivasyona neden oldu. Semantik ve sözdizimsel süreçler kıyaslandığında, sağ IFG aktivasyonu semantik koşulda sözdizime göre daha yüksekti. Ağ temelli fonksiyonel bağlantısallık analizi bulgularında özellikle DMN, DAN, CONT ve VIS düğümlerinin dahil olduğu bir yapı gözlendi. Bu farklı ağların düğümleri arasında semantik koşulda sözdizime göre artan bağlantısallıklar gözlenirken, sözdizimde DAN ve DMN'nin ağ içi hemisferler arası bağlantısallığının arttığı görülmekte ve sol temporo-pariyetal alanların bağlantıları öne çıkmaktadır. Bulgularımız, sözel çalışma belleğinde semantik süreçlerde bilateral IFG'nin rolünü ve kognitif yükle aktivasyonunda artış gözlenebileceğini belirtmektedir. Sözdizimsel süreçlerde dil ağı ile örtüşen sol fronto-temporo-pariyetal alanlar ve aktivasyonu değişmese de bazı ağların sağ hemisfer düğümleri artan bağlantısallık sergilemektedir. 
Anahtar Kelimeler : Çalışma belleği, fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme, dilbilim, nörogörüntüleme, kısa süreli bellek
Bu çalışma, TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir. Proje No. 114E581

Abstract:
There is limited neuroimaging evidence on distinguishing between semantic and syntactic domains in terms of verbal working memory (vWM). The current study investigated brain activations and functional connectivity patterns during semantic and syntactic vWM via functional magnetic resonance imaging (fMRI). For this purpose, semantic vWM was explored with effects of word frequency and load, whereas syntactic vWM with effects of load, and two syntactic elements, binding and movement. Data from 25 healthy participants revealed activation mainly in dorsal attention (DAN), control (CONT) and visual (VIS) networks. Default-mode (DMN) and salience/ventral attention networks deactivated during both tasks. Prominent activations were observed in bilateral inferior frontal gyri (IFG) during semantic, whereas in left fronto-parietal regions, cerebellum and thalamus during syntactic vWM. Word frequency produced increased activation in bilateral DAN, CONT and VIS in semantic vWM. Left IFG activation increased during binding condition compared to movement in syntactic vWM. Right IFG activation increased in overall semantic condition compared to syntax. Network-based statistics on functional connectivity revealed a configuration mostly among DMN, DAN, CONT and VIS nodes. These network nodes exhibited increased connectivity in semantic condition compared to syntax, whereas in syntax, compared to semantic, DAN and DMN showed increased within network connectivity across hemispheres. Also, left temporo-parietal regions were strongly involved. Our results indicate that bilateral IFG are involved in semantic vWM and showed increased activation related to cognitive load. Left fronto-temporo-parietal regions are involved in syntactic vWM and several right hemisphere nodes of networks exhibited connectivity alterations regardless of changes in activation.
Key Words: Functional magnetic resonance imaging, working memory, linguistics, neuroimaging, short-term memory
The present work was supported by TÜBİTAK. Project No. 114E581