Değişik türden işitsel stimuluslarla insan akustik korteksinde uyarılan uzun latanslı yanıtlar arasındaki farklılıklar: Bir elektriksel dipol analizi
Differences between the long-latency responses evoked by various acoustic stimulus in human auditory cortex: An electric dipole analysis
Yazar: SÜHA YAĞCIOĞLU
Danışman: PROF. DR. PEKCAN UNGAN
Hacettepe Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1998
Konu: Biyofizik = Biophysics
Dizin: Elektroensefalografi = Electroencephalography ; Genetik belirteçler = Genetic markers ; Uyarılmış potansiyeller-işitsel = Evoked potentials-auditory

Özet:
Bir ses uyarısının çeşitli parametrelerindeki ani değişikliklerle ortaya çıkan uzun latanslı elektroensefalografik (EEG) yanıtların varlığı uzun süreden beri bilinmektedir. Son yıllarda magnetoensefalografik (MEG) kayıtlara dayanılarak yapılan kaynak lokalizasyonu çalışmaları konuya bir miktar ışık tutmuş olsa da, bu işitsel uyarıları değerlendiren kortikal yapıların yerlerine ilişkin bilgiler henüz pek azdır ve kesinlik kazanmamıştır. Kulaklararası zaman ve şiddet farkları (ITD ve IID) yaratılarak bir ses imajının lateral pozisyonunda meydana getirilen kaymalara (yönsel uyarılara) yanıt olarak ortaya çıkan kortikal potansiyellerin güvenilir biçimde kaydı ise ancak son yıllarda mümkün olabilmiştir. EEG kaynak analizi çalışmalarında karşılaşılan temel zorluk, problemin ancak 'ters' (inverse) yönde çözülebilmesidir. Bu tür ters problemlerin çözümü için ortaya atılmış geleneksel yöntemlerin çoğunluğu, daha başlangıçta, sonuç hakkında iyi bir tahminde bulunulmasını gerektirmektedir. Oysa bir ses uyarısıyla aktif hale geçen kortikal yapıların yeri, hatta sayısı hakkında yakın bir tahminde bulunmak oldukça zordur. Son yıllarda güncellik kazanmış olan 'yönlendirilmiş rastgele arama yöntemleri' nin (guided random search techniques) çözüme ulaşmaktaki başarısının başlangıç noktasına bağımlılığı, geleneksel yöntemlere göre çok daha azdır. Bu yöntemlerden biri olan ve evrim teorisinin prensiplerine dayanılarak geliştirilmiş olan genetik algoritmalar, karmaşık tersine problemlerin çözümünde başarıyla uygulanmıştır. Bu çalışmada, (bir sesin başlaması, sonlanması, incelik ya da şiddetinin değişmesi, kısa süreli ses gibi) konvansiyonel işitsel stimuluslar yanında, IID ve ITD modülasyonuna dayanan yönsel uyarılar da kullanılarak, saçlı deri üzerindeki 123 elektrottan uzun latanslı elektroensefalografik yanıtlar kaydedilmiş ve bu yanıtların kaynakları, 3-kabuklu küresel kafa modeli ve iki hemisferde simetrik yerleşimli bir dipol çifti modeli ile, genetik algoritmalar yardımıyla araştırılmıştır. Kullanılan yöntem, nöro-elektromagnetik ters problemlerin çözümü için güvenilir sonuçlar vermektedir. Bu çalışmada konvansiyonel işitsel uyanların kaynakları hakkında ulaşılan sonuçlar literatür bilgileriyle uyum içindedir. Ayrıca, bu çalışmanın bulguları, hakkında pek az çalışma bulunan yönsel yanıtların, gerek saçlı deri üzerindeki topografik dağılımları, gerekse bu yanıtların dipol kaynakları bakımından birbirinden farklı olduğunu göstermektedir. Bu bulgular, beyin sapının birbirinden ayrı yapılarında kodlandıkları bilinen IID ve ITD bilgilerinin, korteks-altı yapılarda birleşerek tek bir yön bilgisi haline gelmediğini; birbirine karışmadan korteks düzeyine kadar ulaşan bu bilgilerin farklı kortikal alanlarda işlenmesi sonucunda lateral ses kaymalarının saptandığını gösteren kanıtlar olarak değerlendirilmiştir.Anahtar kelimeler : işitsel uyarılmış potansiyeller, uzun latanslı yanıtlar, haritalama, dipol kaynağı, genetik algoritma

Abstract:
Long latency electroencephalographic (EEG) responses elicited by sudden changes in various parameters of an acoustic stimulus have long been known. Although recent source localization studies based on magnetoencephalograhic (MEG) recordings have shed some light on the subject, what is known about the locations of the cortical structures processing these acoustic stimuli is not yet so much and precise. Besides, reliable recording of cortical potentials arising as responses to shifts in the lateral position of a sound image (directional stimuli) caused by interaural time and intensity differences (ITDs and IIDs, respectively) has been possible in the last few years. Main obstacle faced during EEG source localization studies is that the problem can only be solved in the 'inverse' sense. Traditional methods proposed for the solution of such inverse problems requires an initial plausible guess about the result. However, it is rather difficult to make an approximate guess about the location, even the number of the cortical structures activated by a sound source. Dependence of performance of 'guided random search techniques', which have recently become popular, to the initial point is much less than that of traditional methods. One of these recent methods, genetic algorithm, which is based on the principles of evolution theory, has been succesfully applied to the the solution of complex inverse problems. Long latency electroencephalographic responses from 123 electrodes on the scalp were recorded in the present study using directional stimuli based on IID and ITD modulation besides conventional acoustic stimuli (such as onset and offset of a sound, abrupt shifts in its pitch and level, short sound pips), and sources of these responses were investigated via genetic algorithms using a 3-shell spherical head model together with symmetrically located two dipoles in both hemispheres. Evaluated method gives reliable solutions for the neuro-electromagnetic inverse problems. Results obtained in this study about the sources of conventional acoustic stimuli are in accordance with the literature. Besides, findings of this study indicate that dipole sources as well as topographic scalp distributions of directional responses about which little is known differ significantly from each other. These findings were interpreted as evidence indicating that IID and ITD cues known to be coded in distinct structures of the brainstem do not collapse at a subcortical level into a single code for direction; and that lateral shifts of sound are detected by processing of these cues that reach the cortex individually, in different cortical areas.Keywords : auditory evoked potentials, long latency responses, mapping, dipole source, genetic algorithm