Çokdeğişkenli Ampirik Mod Ayrıştırımı ile İçsel Bağlantı Ağları Kestirimi

Abstract

Beyin fonksiyonlarının haritalanması, elektriksel aktivite ve hemodinamik bilgiler ışığında gerçekleştirilebilmektedir. Kanın_x000D_ oksijenlenmesine bağıl (BOLD) sinyali girişimsel olmayacak şekilde fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemesi (fMRG) ile_x000D_ elde edilebilmektedir. Herhangi bir mental görev gerçekleştirilmediği esnada bile beyin bölgelerinde aktivasyonlar_x000D_ izlenebilmektedir. Bu aktivasyon izgelerine dinlenim durumu beyin ağları adı verilmektedir. Bu çalışmanın amacı, BOLD zaman_x000D_ serilerinin doğrudan kendilerini kullanmak yerine, dekompoze edimesi ile elde edilen alt zaman serilerinin birbirleri arasındaki_x000D_ koherans bilgisine dayanarak haritalama işlemi yapmaktır. Ayrıştırma işlemi için çokdeğişkenli ampirik mod dekompozisyonu_x000D_ kullanılmıştır (MEMD). Beyin dokusunda sınırlı sayıda düğüm bölgesi anatomik şablonlar yardımı ile belirlenmiştir. Belirlenen_x000D_ anatomik bölgelere ait zaman serileri girdi olarak kullanılmıştır. Her düğüm alt zaman serisinin diğer düğümlerin alt zaman_x000D_ serileri arasındaki koherans bilgisi hesaplanarak, frekans alanında korelasyonlar belirlenmiştir. Böylece, herhangi bir önbilgi_x000D_ empoze edilmeden BOLD zaman serisinin alt bileşenlerinin spektral özelliklerinin incelenmesi sağlanmıştır.19 gönüllüden_x000D_ alınan dinlenim durumu fMRG verisi önişleme tekniklerinin uygulanmasından sonra analiz edilerek spektral özellikleri_x000D_ incelenmiştir. Elde edilen dört farklı bileşenin zaman serilerinin spektral özellikleri 0.007, 0.014, 0.03 ve 0.064 Hz frekanslarında_x000D_ tepe değerler almıştır. Birinci bileşende işitsel fonksiyonların ve görsel işlevlerin yürütülmesinde rol oynayan süperiyor temporal_x000D_ gyrus ve oksipital bağlantılar, ikinci bileşende varsayılan kip ağının önemli bileşenleri olan posteriyor ve anteriyor singulat_x000D_ izlenmişir. Üçüncü bileşende 0.03 Hz ile 0.06 Hz civarında dikkat ağının düğümleri gözlenmiştir. Dördüncü bileşende ise_x000D_ superiyor temporal girus bağlantıları baskın olarak izlenmiştir.

Functional brain mapping is based on electrical and haemodynamic changes occured in the brain. Blood oxeygenated level_x000D_ dependency (BOLD) signal can be non-invasively collected through the use of functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI)._x000D_ Brain functional activity can also be observed in the absence of a given task. These activation patterns are named as brain resting_x000D_ state networks. The aim of this study is, to perform functional brain mapping using the coherence metrics between the_x000D_ decomposed BOLD time series insted of using the raw BOLD time series. Multivariate Emprical mode decomposition procedure_x000D_ is applied for the BOLD series decomposition. Limited number of anatomical locations are selected for node positions using_x000D_ anatomical templates. Further each subseries are used to compute the correlations in frequency domain as coherence values_x000D_ between the node points. By this way, spectral properties of subseries are investigated without imposing any a priori information._x000D_ FMRI data were collected from 19 volunteers and the preprocessing steps are applied prior to analysis of spectral properties._x000D_ Four subcomponents whose spectral peaks are determined at 0.007 Hz, 0.014 Hz, 0.03 Hz and 0.064 Hz were determined. In the_x000D_ first component, superior temporal gyrus and occipital lobe connections were exhibited which contribute to the functionality of_x000D_ the auditory and visual networks. Posterior and anterior cingulate areas that are the major parts of the default mode network were_x000D_ found to be present in the second component. In the third component, nodes of the attention network were observed with a center_x000D_ frequency of 0.03 Hz to 0.06 Hz. Additionally, connections of superior temporal gyrus were observed in the fourth component.