Alt ekstremite ampute ve replant hastalarının motor ve bilişsel hareketlerinin fnırs temelli analizi

Bu tez çalışmasında, alt ekstremite amputasyonu ve replantasyonu geçirmiş bireylerde motor hareket ve motor imgeleme görevleri sırasında oluşan kortikal aktivasyon örüntüleri, sağlıklı bireylerle karşılaştırmalı olarak fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi (fNIRS) yöntemiyle değerlendirilmiştir. Çalışmaya, yaş ortalaması 32,33 ± 6,81 olan, sağ taraf baskın 15 sağlıklı birey (10 erkek, 5 kadın) ile çeşitli seviyelerde alt ekstremite amputasyonu ve replantasyonu geçirmiş toplam 9 hasta katılmıştır. Katılımcılara ayak başparmağı, ayak bileği, diz ve kalça eklemlerini içeren toplam 40 farklı motor ve motor imgeleme görevi uygulanmıştır. Öncelikle alt ekstremiteye özgü motor ve motor imgeleme görevlerinin analizine uygun bir kanal konfigürasyonu oluşturulmuştur. 8 kaynak ve 8 dedektörden oluşan sistemde, toplam 21 optik kanal belirlenmiş ve fNIRS verileri kaydedilmiştir. Kanal yerleşimleri, motor korteksin alt ekstremiteyi temsil eden medial yüzeylerine ve birincil somatosensoriyel alanlara odaklanacak şekilde optimize edilmiştir. Veri işleme sürecinde enstrümantal, fizyolojik ve hareket kaynaklı artefaktlar ön işleme sürecinde uygun filtreleme ve düzeltme yöntemleriyle giderilmiştir. Kanal planlamasında M1-bacak, premotor alan, birincil somatosensoriyel korteks ve somatosensoriyel ilişki korteksine karşılık gelen bölgeler önceliklendirilmiştir. Böylece hem sağ hem de sol hemisferde motor aktiviteyi detaylı olarak incelemeye imkân veren, nöroanatomik olarak hedeflenmiş bir konfigürasyon oluşturulmuştur. Bu çalışmada, özellikle, premotor ve ek motor alanlar, birincil motor korteks, birincil somatosensoriyel ve ilişki kortekslerinin reorganizasyon sürecindeki rollerine odaklanılmıştır. Toplam 40 farklı motor ve motor imgeleme görevi (10 sağ motor, 10 sol motor, 10 sağ imgeleme, 10 sol imgeleme) ayak baş parmağı, ayak bileği, diz ve kalça eklemlerini kapsamaktadır. Öncelikle motor görevler ve sonrasında gözler kapalı biçimde sesli komutla yürütülen motor imgeleme görevleri gerçekleştirilmiştir. Tüm görevler, blok tasarımıyla 5 saniye dinlenme, 8 saniye hareket, 8 saniye dinlenme biçiminde 4 tekrarla şeklinde tasarlanmıştır. fNIRS verilerinin analizinden önce, sinyalleri etkileyebilecek farklı kaynaklı gürültü ve artefaktların ortadan kaldırılması amacıyla kapsamlı bir ön işleme süreci uygulanmıştır. Bu ön işleme sürecinde cihaza özgü yüksek frekanslı enstrüman gürültüsünü ortadan kaldırmak amacıyla düşük geçişli filtreleme gerçekleştirilmiş, fizyolojik sinyallerden kaynaklanan artefaktları (kalp atımı, solunum, Mayer dalgaları) bastırmak için ise 0,01–0,20 Hz frekans aralığında bant geçiren filtre kullanılmıştır. Baş hareketleri gibi deneysel kaynaklı artefaktları düzeltmek amacıyla dalgacık tabanlı filtreleme, spline enterpolasyonu ve Savitzky-Golay yöntemlerinin birlikte kullanıldığı hibrit bir yaklaşım kullanılmıştır. Dalgacık tabanlı yöntem ani ve keskin sinyal bozulmalarını giderirken, spline enterpolasyon sinyaldeki düşük frekanslı kaymaları düzeltmede; Savitzky-Golay filtresi ise yüksek frekanslı gürültüyü yumuşatmada etkili olmuştur. Analizler, istatistiksel testler ve kontrast haritaları temel alınarak gerçekleştirilmiş; böylece hem grup düzeyinde anlamlı farkların belirlenmesi hem de bu farkların mekânsal olarak kortikal düzeyde görselleştirilmesi sağlanmıştır. Çalışmada elde edilen bulgular, alt ekstremite amputasyonu sonrası kortikal aktivitenin birincil motor korteksten somatosensoriyel kortekse doğru kaydığını ve bu durumun nöroplastik reorganizasyon süreçlerinin bir göstergesi olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca, replantasyon geçirmiş bireylerde kortikal aktivasyon paternlerinin sağlıklı bireylerden farklılaştığı ve yeniden şekillenmiş temsillerin oluştuğu gözlemlenmiştir. Kontrast haritalar, istatistiksel analizlerin ötesinde mekânsal farkları net biçimde yansıtarak reorganizasyonun daha ayrıntılı olarak izlenmesine olanak sağlamıştır. Motor imgeleme görevleri sırasında ise hem ampute hem de replant bireylerde, sağlıklı bireylere kıyasla daha geniş ve yaygın bir kortikal aktivasyon profili tespit edilmiştir. Özellikle somatosensoriyel alanlardaki aktivite artışları, duyusal-motor entegrasyon süreçlerinin de nöroplastisite kapsamında yeniden yapılandığını göstermiştir. Kanal bazlı zaman serisi veri analizleri ise ampute bireylerde zamanlama epokları açısından da yeniden yapılanmaya işaret etmektedir. Sonuç olarak, bu tez çalışması; alt ekstremite amputasyonu ve replantasyonu sonrası beyin organizasyonunun hem yapısal hem de işlevsel olarak yeniden şekillendiğini, bu süreçlerin fNIRS yöntemiyle güvenilir şekilde izlenebildiğini ve elde edilen verilerin bireyselleştirilmiş rehabilitasyon yaklaşımlarının geliştirilmesinde yol gösterici olabileceğini ortaya koymuştur. Ayrıca çalışma, fNIRS'in alt ekstremiteye özgü motor görevlerdeki duyarlılığını vurgulayarak, gelecekteki beyin-bilgisayar arayüzleri ve nöroteknolojik uygulamalara önemli katkılar sunmaktadır.