Beceri gerektiren hareketlerin sanal gerçeklik ortamında gerçekleştirilmesi ve orta-sagital planda aynalanmasının motor öğrenme üzerindeki etkilerinin elektroensefalogramla araştırılması
Investigation of the effects of performing skilled movements in virtual reality environment and mirroring across the mid-sagittal plane on motor learning by using the electroencephalogram
Yazar: NUH YILMAZ
Danışman: PROF. DR. TAMER DEMİRALP
İstanbul Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Fizyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2024
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: 3D sanal dünyalar = 3D virtual worlds ; Elektroensefalografi = Electroencephalography ; Fizyoterapi = Physiotherapy ; Geri bildirim = Feedback ; Immersive gerçeklik = Immersive reality ; Nörofizyoloji = Neurophysiology ; Nöronal plastisite = Neuronal plasticity ; Olay ilişkili potansiyeller = Event related potentials ; Olay ilişkili salınımlar = Event-related oscillations ; Sanal gerçeklik = Virtual reality

Özet:
İnme hastalarında, sağlıklı elin hareketlerinin sanal gerçeklik kullanılarak orta-sagittal planda aynalanmasıyla elde edilen etkilenmiş el görüntüsünün rehabilitasyon sürecini hızlandırdığı bildirilmektedir. Altta yatan nörofizyolojik mekanizmanın araştırılması için, sağlıklı katılımcılarda hareket eden elin aynalanmasının direkt gösterilmesine göre beynin elektrofizyolojik yanıtlarında anlamlı farklılık oluşturup oluşturmadığı incelendi.
On beş sağlıklı gönüllüde sanal gerçeklik ortamında gösterilen hedeflere baskın olmayan elleri ile uzanırken 32 kanaldan elektroensefalogram kaydedilmiştir. Katılımcılar hareketin başlangıç noktasına geri dönmeden önce hedef noktada 1 saniye beklemişlerdir. Hareketler esnasında katılımcılara sanal ya hareket eden elin kendisinin ya da orta-sagittal planda aynalanmış halinin avatarları gösterilmiştir. Olaya-ilişkin potansiyel ve salınım analizleri için zamansal tetik olarak harekete başlama ve hedefe varış zamanları kullanılmıştır. Küme-tabanlı non-parametrik permütasyon testleri kullanılarak anlamlılık değeri p<0,05 olan kümeler belirlenmiştir. 
Hedefe uzanma süresi aynalamalı koşulda direkt koşula göre istatiksel olarak anlamlı derecede daha uzundur (p<0,001). Aynalamalı koşulda hareket başladıktan sonra pozitif bir dalga görülürken hedefe ulaşmadan önce ise negatif bir dalganın genliği direkt koşula göre daha büyük bulunmuştur (her ikisi de p<0,05). Hedefte bekleme süresinin sonunda negatif bağıl değişim aynalamalı koşulda direkt koşula göre daha büyük bir negatiflik gözlenmiştir (p<0,05). Zaman-frekans alanında ise koşullar arasında hareket ederken, hedefe ulaşma öncesinde ve sonrasında teta, alfa ve beta frekans bantlarında istatiksel olarak anlamlı farklar saptanmıştır (tümü p<0,05). 
Olaya-ilişkin potansiyel ve salınım sonuçları, hareket eden elin sanal gerçeklik ortamında orta-sagittal planda aynalanarak görüntülenmesi durumunda nöral aktivitenin anlamlı düzeyde reorganize olduğunu ve sanal hareketten sorumlu motor alanların da aktive olduğunu göstermektedir.

Abstract:
In stroke patients, viewing the virtual movements of the affected hand by mirroring the healthy hand's movements in the mid-sagittal plane using virtual reality has been reported to accelerate the rehabilitation process. To investigate the underlying neurophysiological mechanism, we studied whether the mirroring of the moving hand in healthy participants caused significant differences in the electrophysiological responses of the brain compared to the direct view.
 In fifteen healthy volunteers, 30-channel electroencephalogram and 2-channel electrooculogram were recorded while reaching the targets shown in a virtual reality environment with their non-dominant hand. Participants waited for one second at the target position before returning to the starting point. During the movements, the participants were shown avatars of either the moving hand itself or its mirrored image across the mid-sagittal plane. For event-related potential and oscillation analyses, movement initiation and target arrival times were used as triggers. Cluster-based non-parametric permutation tests with a threshold at p<0.05 were used to identify the significant differences between the two conditions.
The time to reach the target was significantly longer in the mirrored condition than in the direct condition (p<0.001). In the mirrored condition, a positive wave was observed after the start of the movement, while the amplitude of a negative wave before reaching the target was larger in the mirrored condition than in the direct condition (both p<0.05). At the end of the waiting time at the target, a larger contingent negative variation (CNV) was observed in the mirrored than in the direct condition (p<0.05). In the time-frequency plane, statistically significant differences were found in the theta, alpha and beta frequency bands before and after reaching the target (all p<0.05).
Event-related potential and oscillation results show that when the moving hand is mirrored in the mid-sagittal plane in the virtual reality environment, neural activity is significantly reorganised and the motor areas responsible for the virtual movement are also activated.