Integration of simultaneous fMRİ, EEG and physiology measures to determine and verify vigilance state

Dinlenim durumundaki fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (resting- state fMRI, rsfMRI), belirli görevlerin yokluğunda beynin işlevsel organizasyonunu incelemek için güçlü bir araçtır. Fonksiyonel bağlantı ve global sinyal varyansı gibi yaklaşımlar, bilişsel işlevler ve hastalık durumlarını incelemek için yaygın olarak kul- lanılır. Kan oksijenlenme seviyesi-bağımlı (BOLD) sinyallerdeki korelasyonları yansı- tan bu ölçümler, katılımcıların aktif katılımını gerektirmediği için klinik ve araştırma bağlamlarında özellikle çekicidir. Ancak, rsfMRI'daki büyük bir zorluk, uyanıklık ve dikkat durumundaki dalgalanmalara olan hassasiyetidir. Uyanıklığa bağlı değişiklikler, BOLD sinyal genliklerini ve beyin bölgeleri arasın- daki korelasyonları değiştirebilir. Bu etkiler, genellikle sistemik fizyoloji sinyallerınden- den etkilenir ve uygun bir şekilde dikkate alınmazsa tamamen nöral kaynaklı olarak yanlış şekilde yorumlanabilir. Bu çalışma, uyanıklık durumlarının sağlıklı ve genç bir popülasyonda rsfMRI metriklerini ve fizyolojik sinyalleri nasıl modüle ettiğini ortaya koymayı amaçlamıştır. EEG tabanlı bir uyanıklık indeksi kullanarak, BOLD sinyalleri üzerindeki uyanıklık etkilerini ve bu etkilerin fizyolojik dinamiklerle bağlantısını açık- ladık. Kalp hızı ve solunum hacmi gibi kardiyak ve solunumsal sinyallerin yanı sıra damar tonunun bir göstergesi olan fotopletismografi (PPG) sinyal genliği, bu dinamik- lere olan katkılarını anlamak için analiz edilmiştir. Çalışmamız, alanı birkaç kilit yenilikle ileri taşımaktadır, bunlar: sınıflandırma metodolojilerinin geliştirilmesi, dördüncü ventrikülden gelen beyin omurilik sıvısı (BOS) akış osilasyonlarının sistemik bir sinyal olarak entegrasyonu, rsfMRI çalışmalarında genellikle göz ardı edilen fizyolojik biyogöstergelerin kullanımı ve uzamsal-zamansalix beyin dinamiklerini ortaya çıkarmak için zaman gecikmeli korelasyon matrislerinin kul- lanılmasıdır. 17 katılımcıdan elde edilen, birden fazla kısa süreli gözler açık dinlenme durumu taraması verileri analiz edilmiştir. Bulgularımız, uyanıklıktan uykulu duruma geçiş sırasında fMRI sinyalleri ve fizyolojik göstergeler arasındaki anlamlı korelasyonları ortaya koymaktadır. Özellikle, BOS osilasyonları ile solunum hacmi arasındaki eş değişimler, duyusal bölgeler ile kalp hızı arasındaki korelasyonlar ve varsayılan mod ağı (default mode network, DMN) ile fotopletismografi genliği (PPG-AMP) arasındaki ilişkiler gözlemlenmiştir. Ek olarak, kısa süreli taramalarda bile, uyanık durumlara kıyasla uykulu durumlar sırasında bağlan- tının azaldığı gösterilmiştir; bu da uyanıklık geçişlerinin rsfMRI sonuçları üzerindeki etkisini vurgulamaktadır. Bu bulgular, uyanıklık durumları boyunca sistemik fizyoloji ve nöral etkinlik arasındaki etkileşimi vurgulamaktadır. Uyanıklığa bağlı değişkenlikleri ele alarak, yak- laşımımız rsfMRI'nın yorumlama hassasiyetini artırmakta ve hem araştırma hem de klinik alanlardaki potansiyel uygulamalarını genişletmektedir.