Experimental and model based investigation of period doubling phenomenon in human steady state visual evoked potential responses

Amaç. Literatürdeki İnsan Durağan Hal Görsel Uyarılmış Potansiyel (DHGUP) deneyleri, Periyot Katlanması (PK) davranışının gözlemlendiği uyaran frekanslarının aralığı ile ilgili farklı sonuçlar vermiştir. Ayrıca, altharmonik salınımların oluşumunun tutarlılığı ve tekrarlanabilirliği hakkında bilgi eksiktir. Bu tür salınımların altında yatan nöral mekanizma da araştırılmamıştır. DHGUP yanıtlarında PK davranışının bu bilinmeyen yönlerini anlamak için, deneysel ve model bazlı bir yaklaşım ele alınmıştır. Yaklaşım. Araştırmanın deneysel tarafı, PK davranışının frekans aralığı ile ilgili deneysel ve istatistiki veriler elde etmeyi ve ayrıca PK ile ilgili diğer bazı özellikleri araştırmayı amaçlamaktadır. Yedi deneğe, iki aşamalı bir deneyde, 15 Hz ile 42 Hz arasında değişen frekanslarda sinüzoidal yanan bir ışık uyarısı sunulmuştur. PK oluşumundaki kısa süreli varyasyonları gözlemlemek için, beş denek üzerinde aralarında 10 dakikalık aralar bırakılarak 25-35 Hz aralığını kapsayan 5 ardışık deney daha yapılmıştır. Kaydedilen EEG'ye DHGUP yanıtlarını elde etmek için filtreleme, sinyal ortalama ve Güç Spektral Yoğunluk (PSD) tahmini uygulanmıştır. PSD tahminlerinden, her bir deney için Altharmonik Oluşum Oranları (SOR) hesaplanmıştır. Bu nicelikler kısa dönem tekrarlanabilirlik deneylerinin sonuçlarını yorumlamak için varyans analizi (ANOVA) ile incelenmişlerdir. Araştırmanın model tabanlı tarafı, gözlemlenen fenomenleri matematiksel olarak açıklamayı amaçlamaktadır. Bu amaçla, Robinson'un Kortikotalamik Modeli hem C hem de Simulink'te uygulanmıştır. Deney prosedürü model üzerinde yeniden canlandırılmıştır ve farklı parametre değerlerine bağlı olarak modeldeki altharmonik oluşumu incelenmiştir. Modelde altharmonik bileşenlerin üretilmesinden sorumlu olan geri besleme döngüsü tanımlanmış ve bu döngü modelin geri kalanından izole edilerek tanımlayıcı fonksiyon yaklaşımıyla analiz edilmiştir. Ana sonuçlar. Deneysel sonuçlara göre, temel (uyarım frekansı) ve ikinci harmonik bileşenleri hemen hemen tüm DHGUP spektrumlarında görünse de, PK oluşumuna ilişkin dikkate değer bir denek içi ve denekler arası değişkenlik mevcuttur. Tüm denekler birlikte ele alındığında, PK 15 Hz ile 42 Hz arasındaki tüm uyaran frekansları için görülmektedir. Ayrıca, kısa dönemli tekrarlanabilirlik deneylerinin istatistiksel analizleri, tüm frekanslar birlikte ele alındığında altharmonik üretiminin tutarlı olduğunu ancak tek bir frekans için önemli kısa vadeli farklılıkların meydana geldiğini göstermektedir. Aynı zamanda, herhangi bir denek için farklı frekanslardaki temel komponentin genliğinin altharmonik genliğine oranında önemli bir varyasyon mevcuttur. Modelleme sonuçları, modeldeki altharmonik salınımların rezonans doğasına sahip olduğunu ve sistemdeki neredeyse tüm parametrelerin değerlerine bağlı olarak herhangi bir frekans aralığında elde edilebildiğini göstermiştir. Modeldeki intra-talamik geri besleme döngüsünün, sistem çıktısındaki altharmonik salınımın potansiyel bir kaynağı olduğu tespit edilmiştir. Modelin geri kalanından izole edilip kendi başına incelendiğinde, bu geri besleme döngüsünün, altharmonik frekansta bir rezonans fenomeni gösterebileceği bulunmuştur. Bu rezonans fenomeni için gerekli koşulları içeren bir denklem kümesinin türetilmesiyle, bu salınımların varlığını bulabilen yarı analitik bir yöntem geliştirilmiştir. Önemi. Deneysel çalışmalardan PK üretimi ile ilgili önemli sonuçlar ve istatistiksel veriler elde edilmiştir. Sonuçlarımız, modelleme çalışmalarının daha geniş bir uyaran frekans aralığı için PK üretmesinin doğruluğunu göstermektedir. DHGUP tabanlı BBA uygulamalarının, sınıflandırma aşamasında altharmonik frekansların kullanımından yarar sağlayacağı önerilmektedir. Modelleme çalışmamız, bir matematiksel beyin modelindeki altharmonik salınımların kaynağını araştıran ilk çalışmadır. Bu salınımların potansiyel kaynağı olarak tanımlanan intra-talamik döngünün deneysel olarak doğrulanması önemli bir çalışma olacaktır. Gelecekte yapılacak bir parametre süpürme çalışması önerilen yarı analitik yöntemden yararlanabilir. Mevcut modelde alfa salınımının ve subharmonik salınımların bir şekilde birbiriyle ilişkili olduğu ve herhangi bir uyarım frekansı için birlikte oluşturulamayacağı gözlemlenmiştir. Bu olay alfa sürüklenmesi (alpha entrainment) olarak adlandırılmakta ve deney sonuçlarında sadece bazı uyarım frekansları için görünmektedir. Bu nedenle, modelin DHGUP yanıtlarındaki PK davranışını açıklamakta yetersiz olduğu önerilmektedir.