Sağlıklı bireylerde ipuçlu anlamsal işlemleme ve seyrek uyaran paradigmalarında beyin osilasyonları
Brain oscillations of semantic priming and oddball paradigms in healthy subjects
Yazar: SEREN DÜZENLİ ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. HACER İCLAL ERGENÇ ; PROF. DR. GÖRSEV YENER
Ankara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Disiplinlerarası Sinir Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Fizyoloji = Physiology
Dizin: Anlam = Meaning ; Beyin = Brain ; Elektroensefalografi = Electroencephalography ; Kelimeler = Words ; Nörogörüntüleme = Neuroimaging ; Sözcük anlamlandırma = Word meaning ; Sözcük işlem = Word processing ; Türkçe = Turkish ; Uyarılmış potansiyeller = Evoked potentials

Özet:
Bu araştırmanın amacı, Türkçede sözcük-anlam işlemlenmesi sürecinde beyin osilasyonlarının rolünü araştırmaktır. Bu amaç için, katılımcılardan EEG kaydı alınırken, ipuçlu anlamsal işlememe ve sözcüğe gecikmeli karar verme görevini yerine getirmeleri istenmiştir. Araştırmanın diğer amacı da farklı paradigmalardan elde edilen iki geç latanslı olaya ilişkin potansiyel bileşeninin delta teta ve alfa osilasyonlarında yarattığı dinamik mekanizmaların (faz ve genlik modülasyonları) karşılaştırılmasıdır. Bu amaç için de dikkat, karar verme ve çalışan bellek gibi bilişsel süreçlerle ilişkilendirilen görsel seyrek uyaran paradigması çalışmaya dahil edilmiştir. 
Araştırmanın örneklemi anadili Türkçe 18-30 yaş aralığındaki 31 sağlıklı katılımcıdan oluşmaktadır. Tüm katılımcılar sağlaktır.  EEG Ag/ AgCl elektrotlar aracılığıyla 32 kanaldan uluslararası 10-20 sistemine göre kaydedilmiştir. Sözcüğe karar verme görevinde kayıtlar 0,5-50 Hz aralığında filtrelenerek, anlamsal açıdan ilişkili, ilişkisiz ve uydurma sözcük koşullarının her biri ve tüm elektrot yerleşimlerinden   N400 bileşenin ortalama genliği ölçülmüştür. Her bir denemedeki EEG verisi delta, teta ve alfa frekans aralığında dalgacık dönüşümüne uğratılıp, olaya ilişkin spektral pertürbasyon (OİSP) ve denemeler arası koherans (DAK) ölçümleri yapılmıştır. Uyaran öncesi -250 -150 ms aralığına göre normalizasyonu yapılan delta, teta ve alfa OİSP ve DAK değerleri, uyaran sonrası 200-350 ms ve 350-500 ms zaman penceresi için hesaplanmıştır. Aynı yöntem, seyrek uyaran paradigması EEG verilerinin analizinde uygulanmıştır.
 Sözcük anlam işlemlenmesi sürecinde alfa, teta ve delta frekans aralığında anlamsal açıdan ilişkili ilişkisiz ve uydurma sözcük koşullarına farklı osilatuar yanıtlar oluştuğu bulunmuştur. Benzer şekilde, seyrek uyaran paradigmasında hedef ve standart uyaranlara oluşturulan yanıtlar alfa, teta ve delta bandında farklılık göstermiştir. Paradigmaların altında yatan beyin dinamikleri karşılaştırıldığında ise, beyin sözcüklerle ilgili görevde faz kilitlenmesini daha çok arttırmış, seyrek uyaran paradigmasında hem faz kilitlenmesi hem de güçte artış göstermiştir. 
Çalışmanın bulguları, Türkçede sözcük anlam işlemlenmesi süreci ile düşük frekanslı osilasyonlar arasındaki işlevsel ilişkiyi ve osilasyonların beynin bilgi işleme sürecini yansıtan önemli bileşenler olduğunu göstermektedir. Seyrek uyaran paradigmasındaki P300, sözcük anlamsal işlemleme sürecindeki N400 bileşeninin oluşumuna OİSP ve DAK değişimleri farklı katkılar sunmaktadır. Bu bulgu beynin çeşitli bilişsel görevlerde olaya ilişkin osilasyonların frekans ve zamanlamalarında ince ayar yaparak farklı stratejileri devreye soktuğu sonucunu işaret etmektedir.

Anahtar sözcükler: Denemeler arası koherans, Hazırlama etkisi, Olaya ilişkin osilasyonlar, Olaya ilişkin spektral pertürbasyon, Seyrek uyaran paradigması, Sözcük-anlam işlemlenmesi.

Abstract:
The purpose of this study was to investigate the role of brain oscillations in the lexical semantic processing in Turkish. For this purpose, subjects were asked to perform semantic priming and delayed lexical decision task, while EEG recordings were being taken. Other goal of the study was to investigate dynamic mechanisms (phase and amplitude modulations) underlie the genesis of two late ERP components from different paradigms in delta, theta and alpha oscillations. For this purpose, the oddball paradigm which has been associated with attention, decision making and working memory was included into the study.
The study sample consisted of 31 healthy, native Turkish speakers, aged between 18-30. All of them were right-handed. The EEG was recorded via Ag/AgCl electrodes, at 32 electrode sites according to the international 10–20 system. EEG recordings have filtered between 0,5-50 Hz and mean amplitudes of N400 component were measured for related, unrelated and pseudo-word conditions, each electrode sites in lexical decision task.   EEG trials were decomposed by wavelet transform into the delta (1-1,5 Hz, 2-2,5 Hz, 3-3,5 Hz) theta (4-5,5 Hz, 6-7,5 Hz) and alpha (8-10 Hz, 10-12 Hz) frequency ranges and from the transformed data, event related spectral perturbation (ERSP) and inter-trial coherence (ITC) values were calculated. ERSP and ITC values were averaged in post-stimulus 200-350 and 350-500 msec time window and were normalized with respect to the pre-stimulus window from -250-150 msec. This procedure was repeated for the oddball paradigm. 
Different ERO responses were found in delta, theta and alfa frequency ranges, between related unrelated and pseudo-word conditions in the lexical semantic processing. Similarly, in the oddball paradigm target and standarts show themselves differently by generating delta, theta, alpha responses. In comparison of dynamics mechanism underlie paradigms, brain mainly induced phase resetting mechanism in lexical task, but response to target stimulus in oddball paradigm was accompanied by both phase reset and power increase.
The findings of this study demonstrate, the functional relationship between low frequency EEG oscillations and lexical semantic processing in Turkish and oscillations are the essential components which reflect the brain's information processing. The ITC and ERSP changes contributes differentially to the generation of P300 component in the oddball paradigm and N400 component in the lexical semantic processing.  These finding is conclusive evidence that brain enters differing fine tuning strategies regulating oscillation frequencies and timings connected to cognitive functions.

Key words: Event related oscillations, Event-related spectral perturbation, Inter-trial phase coherence, Lexical-semantic processing, Oddball paradigm, Priming effect.