Majör depresif bozukluğu olan hastalarda ve sağlıklı bireylerde zaman algısının beyindeki ödül sistemi ile olan ilişkisinin işlevsel manyetik rezonans görüntüleme ile incelenmesi
Evaluation of relation between time perception and reward processing in the brain with functional magnetic resonance imaging in healthy subjects and patients with major depressive disorder
Yazar: NİHAL APAYDIN
Danışman: PROF. DR. METEHAN ÇİÇEK
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Disiplinlerarası Sinir Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Psikiyatri = Psychiatry
Dizin: Beyin = Brain ; Depresif bozukluk = Depressive disorder ; Depresyon = Depression ; Difüzyon manyetik rezonans görüntüleme = Diffusion magnetic resonance imaging ; Manyetik rezonans görüntüleme = Magnetic resonance imaging ; Zaman = Time ; Zaman algısı = Time perception ; Ödüllendirme = Rewarding

Özet:
Milisaniyeler içerisinde birçok hayati motor ve algısal işlev yerine getirmekteyiz. Dolayısıyla zaman algısı günlük hayatımızı sürdürmemiz için gereken önemli algılardan birisidir. Ancak, zaman algısının beyinde özelleşmiş bir sistem mi yoksa bir nöral ağ tarafından mı veya bölgesel olarak o göreve bağlı bir şekilde mi kontrol edildiği hala netlik kazanmamıştır. Ödül ve cezalandırmanın gelecekteki kararlarımız üzerine etkili olduğu bilinmektedir. Ödülün değerlendirilmesi ve zaman algısıyla ilgili fizyolojik mekanizmalar birbirine benzemektedir. Maymun deneyleri ödüllendirmeye verilen yanıtlar ile zaman algısını ilişkili bulmuştur. Ancak zaman ve ödül algısında hangi nöroanatomik yapıların birlikte çalıştığı insanlarda net bir şekilde ortaya konulmamıştır. Bu işlevsel manyetik rezonans görüntüleme (İMRG) çalışmasında beyindeki farklı bölgelerin hangi süreçlerde zaman algısının işlemlenmesine ve ödül sistemine katıldığını, ayrıca ödüllendirmenin dopaminerjik yolaklardaki aktiviteyi artırarak zaman algısının çözünürlüğünü artırıp artırmadığının araştırılması amaçlanmıştır. Çalışmamızın amaçları arasında majör depresiv bozukluğu olan bireylerde zaman algısının normal bireylerden farklı olup olmadığını; farklıysa hangi nöral devreler üzerinden bu farklılığın kaynaklandığını ve bu hastalarda ödüllendirmenin zaman algısını değiştirip değiştirmediğini araştırmak da bulunmaktadır. Etik kurul onayı alındıktan sonra çalışmaya toplam 28 denek (20 sağlıklı, 8 major depresyon hastası) dahil edildi. Ancak difüzyon tensör görüntleme (DTG) analizleri 17 sağlıklı, 8 hasta; İMRG analizleri 20 sağlıklı, 7 hasta denek üzerinde gerçekleştirildi. Deneklere gri bir zeminde ilerleyip sonra siyah bir şeridin arkasında görünmez hale geçtikten sonra hızı ve rengi değişen bir kutunun gösterildiği görsel bir paradigma uygulandı. Denekler görev durumunda kutucuğun hızının, kontrol durumunda ise renginin ne şekilde değiştiğini bilmeye çalıştılar. Dört oturum şeklinde uygulanan deneyin iki oturumunda denekler doğru bildikleri oranda para ödülü kazandılar. Görev uygulanırken tüm beyin İMRG alındı ve SPM8 yazılımı kullanılarak analiz edildi. DTG analizleri ile hasta ve sağlıklı grup arasında beyaz cevher yolları açısından yapısal bir farklılık olup olmadığı fraksiyonel anizotropi değerleri üzerinden "Tract-Based Spatial Statistics" (TBSS) yazılım paketi ile hesaplanarak değerlendirildi. Katılımcıların davranış verileri (doğruluk yüzdesi ve reaksiyon zamanları) de istatistiksel olarak incelendi. Sağlıklı bireylerde zaman algısı görevi sırasında iki taraflı prefrontal korteks (middle frontal gyrus), inferior parietal lob ve sol middle temporal gyrus aktivitesi gösterilmiştir. Yine sağlıklı bireylerde ödüllü durumda nucleus caudatus'da anlamlı aktivasyonlar gözlendi. Ayrıca sol insula ve bilateral posterior cingulat kortekste ödül ve zaman arasında anlamlı etkileşim görülmüştür. Hastalarda zaman ana etkisi inferior paryetal lobül, ödül ana etkisi ise parahipokampal girusta anlamlı aktivasyon gösterdi. Hastalarda ayrıca fusiform girus, serebellum, insula ve parahipokampal girusta ödül-görev etkileşimi anlamlı aktivasyona sebep oldu. Hasta ve sağlıklı gruplar birlikte ele alındığında yapılan GLM Flex analizi sonucunda hasta ve sağlıklı gruplar arasında ödül etkileşimi orbitofrontal girus'da anlamlı olarak görülmüştür. Sağ middle frontal girus ile sağ anterior singulat'da ise hasta ve sağlıklı gruplar arasında zaman görevinde anlamlı aktivasyon görülmüştür. Yine hasta ve sağlıklı gruplar arasında ödül ve görevin birlikte etkileşim gösterdiği beyin bölgeleri sol middle ve inferior frontal girus olup bu aktivasyon orbitofrontal girus'a kadar uzanmaktadır. Hasta ve sağlıklı bireylere ait DTG görüntüleri üzerinde yapılan TBSS analizi sonucu iki grup arasında anlamlı yaygın beyaz cevher değişiklikleri izlendi. Sonuçlar MDB bulguları gösteren bireylerde fronto-parietal ve fronto-temporal nöral devrelerde yapısal/işlevsel sorunlara dair kanıtlar sunmaktadır.

Abstract:
The neural mechanisms underlying time perception are still unclear. Reward and punishment are also known to be effective upon our future decisions and indeed reward has been shown to promote human performance in multiple task domains. In particular, it has been proposed that highly similar neural processes are engaged in response to the temporal tasks, entirely independent of any reward prospect. Some animal studies have shown that D2 receptors play a major role in determining the rate of temporal integration for time perception in the seconds to minutes range. Taken together, these results suggest that the physiological mechanisms involved in the reward prospect and time perception are quite similar. While the above findings provide evidence for the view that reward prospect and temporal attention may act by utilizing similar processing routes, a systematic investigation of this proposed overlap, as well as the potential interaction between these two factors (reward system and time perception), is lacking. With the present functional magnetic resonance imaging (fMRI) study, we sought to elucidate the neural processes that are shared and distinct between brain regions responsible for time perception and reward prospection in both healthy subjects and major depressive disorder patients. Participants were 20 healthy and 8 major depressive patients. All were right handed. fMRI were taken on 20 healthy and 7 patients, whereas DTI analysis was made on 17 healthy and 8 patients. The methods and procedures used in the study had approval from the Ankara University Institutional Review Board. We employed a temporal attention task in which observers had to extrapolate the velocity of an occluded moving object in reward vs. no-reward sessions. On each trial, the target displayed on the left side of the screen and moved toward right side becoming "invisible" in the center of the screen under an occluding surface and the velocity of the target was slightly increased or decreased in this invisible period. After the period of invisible motion, the target reappeared and participants were asked to make perceptual judgments whether it reappeared slightly too early or too late compared with its predicted velocity. In reward sessions the participants gained money reward per correctly done trial. Inside the scanner, the participants performed four 7-minute runs, yielding a total of 128 trials in each session. Two of the runs were rewarded and 2 were non-rewarded. Accordingly, fMRI images were acquired using a 3-T scanner with a 32-channel head-coil array. DTI analysis were made by TBSS. The most prominent activations were associated with time perception of healthy controls included the bilateral prefrontal cortex (middle frontal gyrus), left middle temporal gyrus and inferior parietal lobule. And the most prominent activations associated with reward as compared with no-reward sessions included the caudate nucleus. In addition to the main effects, the results revealed a significant interaction between the 2 factors in the insula and posterior cingulate cortex. On major depressive patients the main effect of reward resulted significant activations on inferior parietal lobule and the main effect of reward on parahippocampal gyrus. The significant activations associated with reward-condition interaction included fusiform gyrus, insula, cerebellum and parahippocampal gyrus. The group analysis was made by GLM Flex and the result of this analysis revealed significant interactions on middle frontal gyrus (dorsolateral prefrontal cortex) and anterior cingulate cortex among groups in time condition (group-condition interaction) and orbitofrontal cortex in rewarded sessions (group-run interaction). There was a statistically significant group-condition-run interaction in middle, inferior and superior frontal gyri. This activation was extending through the orbitofrontal cortex. The TBSS analysis made on diffusion tensor images showed statistical significant difference of fractional anisotropy (FA) values among healthy controls and major depressive patients. The interactions which were observed in healthy and patient group suggest that there is structural and/or functional connectivity in time perception and reward circuit