Ön uyaran aracılı inhibisyonun elektromiyografi ve elektroensefalografi ile incelenmesi
Examination of prepulse inhibition in healthy individuals with electroencephalography and electromyography
Yazar: CANSU AZAK
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET CEMAL KAHYA ; DR. ÖĞR. ÜYESİ SİBEL KOCAASLAN ATLI
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyofizik = Biophysics
Dizin: Biyofizik = Biophysics ; Elektroensefalografi = Electroencephalography ; Elektrofizyoloji = Electrophysiology ; Sinir bilimleri = Neurosciences

Özet:
Beynin bilişsel, duyusal veya motor bilgileri filtrelemesi veya bunları kapılaması normal bir fizyolojik süreçtir. Bir dizi nöropsikiyatrik hastalıkta, duyusal-motor kapılamadaki sorunların beynin dikkatle ilgili bilgi işlemesinde anormalliklere yol açtığı düşünülmektedir. Duyusal-motor kapılamayı ölçmek için en yaygın olarak kullanılan yöntem, irkilme refleksinin ön uyaran aracılı inhibisyonudur (Prepulse inhibition-PPI-ÖUAİ). ÖUAİ irkilme yaratan uyarandan 30-500 ms kadar önce daha zayıf bir uyaran (ön uyaran) uygulandığında ani ve yüksek uyarana verilen irkilme tepkisinin baskılanmasıdır. İrkilme refleksi şiddetli ses uyaranları ile meydana gelen göz kırpmanın elektromiyografik (EMG) incelenmesi ile analiz edilebilmektedir. ÖUAİ ile dikkati yöneltme ile ilişkili erken bilgi işlemleme süreçlerini elektroensefalografi/uyarılmış potansiyeller (EEG/UP) ve EMG yöntemleri kullanarak inceleyen az sayıda çalışma bulunmaktadır. Biz bu çalışmada ön uyaran ile göz kırpma refleksindeki zayıflama ile birlikte kognitif süreçlerde de bir baskılama olup olmadığını öğrenmeyi amaçladık. 
Bu tez çalışmasında, herhangi bir nöropsikiyatrik hastalığı olmayan, sağlıklı 30 kişinin (20-35 yaş aralığında) EEG/UP ve EMG yanıtlarını eş zamanlı kaydettik. İşitsel ÖUAİ paradigması ile ortaya çıkan irkilme yanıtlarının EMG sinyalindeki ortalama genlik değerlerini literatürde tanımlanmış olan "yüzde-ÖUAİ" ile değerlendirdik. Ayrıca meydana gelen refleksin latans ve süresini "Cumulatif Sum-CUSUM" tekniği ile inceledik. Bu tez çalışmasında, EEG kayıtlarının analizleri Fz, Cz, Pz, Oz, T7 ve T8 elektrotlarında gerçekleştirilmiştir. Uyaran öncesi ve uyaran sonrası 1000 ms olmak üzere, uyarandan önceki 600 ms boyunca (-600-0 ms arasında), uyarandan sonraki ilk 20 ms içerisinde, uyarandan sonra 400-600 ms arasındaki spontan göz kırpma içeren veriler sürekli EEG verisinden çıkarılarak uyaranlar çevresinde veri segmentleri oluşturuldu. Filtreleme ve artefakt temizlemeden sonra ortalama yanıtlar oluşturuldu. Ortaya çıkan P50, N100, P200 ve P300 beyin potansiyellerinin latans ve genlikleri farklı uyaran tipleri arasında karşılaştırıldı.
Araştırma sonucunda hem sEMG-CUSUM hem de EEG analizlerinde S1 ve S2 uyaranına karşı elde edilen yanıtların latansı değişmemiştir. S1 irkilme yaratan uyarandır, S2 ise irkilme yaratan uyarandan önce ön uyaranın uygulandığı uyaran tipidir. CUSUM ile hesapladığımız S1 ve S2 uyaran latansları geleneksel yolla elde edilen latansa göre daha uzun bulunmuştur. Uyaranla meydana gelen cevapta latansın uzun bulunması bilinenden daha çok sayıda sinir devrelerinin olduğu düşüncesini desteklemiştir. EMG analizlerimizin sonucunda literatürle uyumlu olarak genlik değerlerinde bir inhibisyon gözlendi. EEG analizlerinin genlik değerlerinde ise S1 ve S2 arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunmadı.
Bulgularımız, ön uyaran uygulanmasının göz kırpma refleksinin genliğinde baskılanmaya neden olduğunu göstermiştir. Bunun yanında refleks süresini ve latansını literatürden farklı olarak CUSUM yöntemi ile değerlendirdik. Ön uyaran uygulanmasının refleks süresi ve latansı üzerinde etkisi olmadığını gösterdik. Çalışmamızın amaçlarından bir diğeri ise, ön uyaran uygulanmasının sensorimotor yanıtlarda olduğu gibi duyusal işlemleme süreçlerinde de oluşturabileceği olası baskılamayı EEG ile incelemekti. EEG/UP analiz sonuçlarımız beyin elektrik aktivitesinin ön uyaran uygulanmasından etkilenmediğini gösterdi. Bu bulgular ışığında, ön uyaran uygulanmasının şiddetli işitsel uyarana karşı oluşturduğu sensorimotor yanıtlarla, beyindeki bilgi işlemleme süreçlerinin aynı mekanizma ve aynı beyin yapıları ile yürütülmediği düşünülmektedir.

Abstract:
The brain's ability to filter or gate cognitive, sensory, or motor input is a natural physiological process. Sensory-motor gating issues are hypothesized to contribute to irregularities in the brain's processing of information related to attention in a number of neuropsychiatric illnesses. The prepulse inhibition of the startle reflex is the most widely used technique to test sensory-motor gating (Prepulse Inhibition-PPI). When a milder stimulus (pre-stimulus) is presented 30–500 ms prior to the startle stimulus, PPI is the suppression of the startle response to the abrupt and high stimulation. Electromyographic (EMG) evaluation of blinking brought on by strong sound stimuli can be utilized to analyze the startle reaction. There aren't many studies using electroencephalography and evoked potentials (EEG/UP) to look at the early information processing steps connected to attentional orientation with PPI. In this study, we aimed to find out whether there is a suppression in cognitive processes along with the weakening of the blink reflex with the pre-stimulus.
In this thesis study, we simultaneously recorded the EEG/UP and EMG responses of 30 healthy individuals (20-35 years old) without any neuropsychiatric disease and analyzed the mean amplitude values of the startle responses produced by the auditory PPI paradigm using the "percent-PPI" defined in the literature. Using the "Cumulative Sum-CUSUM" method, we measured the initial reflex' latency and length. In addition analyzes of EEG recordings were performed on Fz, Cz, Pz, Oz, T7 and T8 electrodes. Data segments around the stimuli are subtracted from the continuous EEG data, during 600 ms before the stimulus and 1000 ms after the stimulus (between -600-0 ms), within the first 20 ms after the stimulus, between 400-600 ms after the stimulus. Average responses were generated after filtering and artifact removal. The latency and amplitudes of the resulting P50, N100, P200 and P300 brain potentials were compared between different stimulus types.
The study's findings showed that the latency of the responses acquired in response to the S1 and S2 stimuli did not alter in analyses using both the sEMG-CUSUM and the EEG. S1 is the startle stimulus, and S2 is the type of stimulus in which the pre-stimulus is applied before the startle stimulus. S1 and S2 stimulus latencies calculated with CUSUM were found to be longer than obtained by conventionally method. The long latency in the stimulus response supported the idea that there are more neural circuits than is known. As a result of our EMG analyzes, an inhibition was observed in amplitude values, which is consistent with the literature. There was no statistically significant difference in EEG amplitude values between S1 and S2.
Our findings showed that the application of pre-stimulus caused suppression in the amplitude of the blink reflex. In addition, we evaluated the reflex duration and latency with the CUSUM method, which is different from the literature. We showed that application of pre-stimulus had no effect on reflex duration and latency. Another aim of our study was to examine the possible suppression of pre-stimulus application in sensorimotor responses with EEG as well as in sensory processing.
Our EEG/UP analysis results showed that brain electrical activity was not affected by the application of pre-stimulus. These findings indicate that the sensorimotor responses induced by the application of pre-stimulus and the brain's information processing processes are not carried out by the same mechanisms.