Yayın
İnsan Beyninde Yayılan Korteks Depresyonunun.Ykd.Simülasyon Yazılımının Geliştirilmesi
(Cumhuriyet Bilim Teknik)
İnsan Beyninde Yayılan Korteks Depresyonunun.YKD.Simülasyon Yazılımının Geliştirilmesi Dr.Gökhan Şengül.Dr.Korhan Levent Ertürk.Emre Çamalan.Tolga Akyüz Atılım Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yaşam için temel faaliyetleri yerine getiren en önemli organlar kuşkusuz ki kalp ve beyindir.Yaşam için hayati faaliyetleri.hareket.nefes alma vb.) yöneten ve duygulan.sevgi.korku.kızgınlık vb.) kontrol eden beyin.vücudun diğer parçalarından ve çevreden gelen sayısız elektriksel sinyali alır ve yorumlar.Erişkin bir insan beyni.pembemsi gri.el kıvamında yaklaşık 100 milyar sinir hücresine sahip.neuroglia.destekdoku.hücreleri.vaskular.kan taşıyan.ve diğer dokulardan oluşmuş ortalama…kg ağırlığında bir kütledir.Beyin ve kalp fonksiyonları gibi insan vücudundaki birçok süreçte elektriksel aktiviteler önemli rol oynar.Bu elektriksel aktivite.beraberinde bir biyomanyetik alan da oluşturur.Bu elektrik ve manyetik alanın ölçülebilmesi son 200 yılda yapılan çalışmalar ve gerçekleştirilen ilerlemeler ile mümkün olmuştur.Elektriksel aktiviteler yüzey elektrotlan ile ölçülürler.Manyetik alan ise biyomagnetometre adı verilen cihazlar yardımıyla ölçülür.Biyomagnetometrelerin en çok kullanılanı SQUID.Superconducting Quantum Interference Devices.olarak tanımlanır.Beynin ve kalbin elektrik ve manyetik alanı çok düşük olduğundan bu sinyalleri ölçmek için özel teknolojili cihazlar gereklidir.Plonsey and Malvivuo.1995.. Kalbin elektriksel faaliyetlerini ölçmek için kullanılan cihaz Elektrokardiyografi.EKG.ve beynin elektriksel faliyetlerini ölçmek için kullanılan cihaz ise Elektroensefalografi.EEG.olarak adlandınlır.Manyetik alan ölçümleri ise kalp için Magnetokardiyografi.MKG.ve beyin için Magnetoensefalografi.MEG.ile gerçekleştirilir.Beynin elektriksel faaliyetlerinde ortaya çıkabilecek anormalliklerin epilepsi.migren.Parkinson.Alzheimer.şizofreni ve depresyon gibi rahatsızlıklara neden olabileceği bilinmektedir.Örneğin beyin hücrelerinin herhangi bir nedenle aşırı elektriksel aktivite göstermesi.insanda epilepsi.sara.krizine neden olabilir.Bunun yanında insan beyninde elektriksel aktivitelerin geçici olarak bastınlması.sonlandınlması.diğer bir deyişle beynin elektriksel aktivitelerinin geçici bir süre ile yerine getirilemediği durumlarla da karşılaşılabilir.Bu durum Yayılan Korteks Depresyonu.YKD.olarak adlandınlır ve ilk olarak 1944 yılında ortaya konmuş.migren ile ilişkisi olduğu varsayılan bir olgudur.Bu çalışma kapsamında insan beyninde yayılan korteks depresyonunun.İngilizcesi Spreading Cortical Depression.SCD )’dir ve bazı kaynaklarda Cortical Spreading Dcprcssion.CSD.olarak da kullanılmaktadır.yayılımını gösteren bir simülasyon yazılımı geliştirilmiştir.Yayılan Korteks Depresyonu.YKD.1944’te Leao’nun çalışmasından beri bilinen ve migrenle ilişkisi olduğu konusunda çeşitli bulgular bulunan biyoelektriksel bir olgudur.Yayılan korteks depresyonunun başlangıç mekanizması tam olarak bilinmemekle birlikte beynin kimyasal ya da elektriksel yolla uyarılması ile başlatılabileceği düşünülmektedir.YKD başladıktan sonra.başlangıç noktasından itibaren korteks üzerinde dairesel olarak ilerler.İlerleme hızı 35 mm.dk olup yayılım esnasında sinir hücrelerinin elektriksel faaliyetleri bastırılır ve bu nedenle etkilenen bölgelerde nöronların elektroensefhalografi.EEG.faaliyetleri belli bir süre boyunca kaybolur.YKD ilk olarak Leao tarafından tavşan beyninde ortaya çıkarıldığı tarihten bugüne kadar beynin biyoelektriksel aktiviteleri ile ortaya çıkış mekanizmalarını araştırmak üzerinde birçok laboratuvar çalışması yapılmıştır ve yakın zamandaki çalışmalarda migren ile YKD arasında bir ilişki olduğunu destekleyecek bulgular elde edilmiş tir.( Reggia…. ve Montgomery…1996., Okada et.al.( 1988., Gardner and Medwin AR.1981., Milner PM.1958., Tepley.et.al.( 1990., Bolay…2002., Moskowitz.2007., Wolthausen et.al.( 2009., Ayata.2010., TfeltHansen.2010.).Yayılım mekanizması günümüzde dahi tam olarak anlaşılamamıştır.YKD’nin simülasyonu için bugüne kadar iki simülasyon çalışması gerçekleştirilmiştir.Bunlardan ilkinde sıçan beyninde yayılım mekanizmasının simülasyonu yapılmış.Baysal ve Haueisen 2002., ikincisinde ise insan beyninde gerçekleştirilen simülasyon yazılımında sadece YKD’nin yayılım sınırları belirlenmiş olup elektriksel aktiviteler ile ilişkilendirilmemiştir.Baysal et.al.2007.. Bu çalışma.ikinci simülasyon çalışmasının devamı niteliğindedir.Bu çalışmanın amacı.Yayılan Korteks Depresyonu’nun mekanizmasının anlaşılması ya da migren ile arasındaki ilişkiyi ortaya koymak olmamakla birlikte temci amaç.insan beyninde YKD’nin yayılım mekanizmasını gösteren bir simülasyon yazılımı geliştirmektir.Çalışmada herhangi bir anda beynin herhangi bir noktasında YKD başladığında.YKD’nin yayılma mekanizması belirlenmiş.başlangıçtan belirli bir süre sonunda hangi bölgelerin bastırıldığı belirlenmiştir.Ayrıca beyin korteksindeki dipollerden hangilerinin depresyondan etkilendiği tespit edilmiştir.Çalışmada öncelikle gerçek bir hastadan alınan beyin yüzeyi verisi ile üç boyutlu gerçekçi kafa modeli çıkarılmıştır.Model için üç boyutlu yüzey verisi.Friedrich Schiller Üniversitesi Biyomanyetik Merkezi’nde Tl ağırlıklı.1 mm aralıklı 256×256 MRI kesitlerinden elde edilmiştir.MR görüntülerinin bölütlenmesi.hazır bir ticari yazılım ile yapılmıştır.Bölütlcnmiş verinin görsellenmcsi için.# ortamında bir bilgisayar programı geliştirilmiştir.Geliştirilen programın bir örneği Şekil l’de görülmektedir.Gerçekleştirilen simülasyon yazılımında yayılan korteks depresyonunun.mm.dk hızla belirli bir uyarım noktasından dairesel olarak yayıldığı varsayılmış.buna göre depresyonun yayıldığı bölgeler belirlenmiştir.Ayrıca YKD yayılımı korteks yüzeyinin üzerinde geçtiği tüm bölgelerdeki nöronları bastırmaktadır.Başka bir deyişle YKD.yayıldığı bölgedeki elektriksel aktiviteleri de sonlandırmaktadır.Çalışmada bu bilgiler ışığında YKD’nin yayıldığı bölgeleri belirleyen bir yazılım geliştirilmiştir.Geliştirilen yazılımda YKD’nin değişimi Şekil 2’de gösterilmiştir.Şekil 2’de siyah nokta.YKD’nin yayılımının başladığı varsayılan bölgeyi göstermektedir.Şekildeki her bir kırmızı halka ise YKD’nin başlamasından itibaren.dakika sonra ulaştığı bölgeyi belirtir.Kısaca özetlenecek olursa bu çalışma kapsamında insan beyninde yayılan korteks depresyonunu gösteren bir simülasyon yazılımı geliştirilmiştir.Geliştirilen yazılımın tıp doktorları ve nörologlar için bir eğitim ortamı sağlayacağı.aynı zamanda da YKD yayılım mekanizmasının daha iyi anlaşılmasını sağlayacağı değerlendirilmektedir.Teşekkür Bu çalışma ATÜ LAP.C1011.08 kod numarasıyla Atılım Üniversitesi tarafından desteklenmiştir.Ayrıca katkılarından dolayı Hacettepe Üniversitesi Öğretim Üyesi Doç.Dr.Uğur Baysal ve Friedrich Schiller Üniversitesi Biyomanyetik Merkezi Öğretim Üyesi Prof.Dr.Jens Haueisen’e teşekkür ederiz.Şekil.: Gerçek bir hastaya ait beynin Uç boyutlu modeli Şekil.: YKD’nin yayılım mekanizmasını gösteren simülasyon çalışması Kaynaklar Ayata., Cortical Spreading Depression Triggcrs Migrainc Attack.Pro.Headaclıe.The Journal of Head and Face Pain Volume 50.Issue., Pages.725730.( 2010.. Baysal.and Haueisen…Modelling the spreading cortical depression.SCD.wavefront.Ann.Ny Acad.Sci.972.2002.127132.Baysal.. Haueisen…Durgut.. And Demirci…simulating the propagation of spreading cortical depression.SCD.wavefront on human brain surface.Computers in Biology and Medicine.Vol.37.( 2007., 14461454.Bolay., Reuter., Dunn AK.et.al.: Intrinsic brain activity triggers trigeminal meningeal afferents in.migraine model.Nat Med.8.136 142.( 2002.. GardnerMedwin AR.Magnetic and impedance measurements for the deteetion of spreading depression at.distance.Exp.Brain Res.Series 23.6274.1992.. GardnerMedvvin…..Tepley…Barkley…..Moran…Nagel Lciby…Simkins…..Welch…….Magnetic observations of spreading cortical depression in anesthetized rabbits.in.Advances in Biomagnetism.S.J.VVilliamson et.al.,.Eds.).Plenum Press.N.Y., pp.323326.( 1990.. Leâo P.Spreading depression of activity in the cerebral cortex.J.Neurophysiol.7.359390.( 1944.. Leâo P.Morrison RS.Propagation of spreading cortical depression.J.Neurophysiol.8.3345.( 1945.. Milner PM.Note on.possible correspondence betvveen the seotomas of migraine and spreading depression of Leâo.EEG Clin.Neurophysiol.10.705.( 1958.. Moskovvitz…, Cortical Spreading Depression is Kcy to Migrainc Genesis.Neıırology Today.Volume.- Issue.-.4243.( 2007.. Okada YC.Lauritzen., Nicholson., Magnetic field changes associated with spreading depression.a model for the deteetion of migraine.Brain Research 442.185190.( 1988.. Reggia JA.Montgomery…A computational model of visual hallucinations in migraine.Computers in Biology.Medicine.26.2.: 13341.( 1996.. Tepley., Barkley GL.Moran., Simkins RT.Wclch KMA.Observation of spreading cortical depression in migraine patients.in Advances in Biomagnetism.Ed.Williamson SJ et al.) Plenum Press.New York.pp.327330.( 1990.. Tepley., Wijesinghe RS.A dipole model for spreading cortical depression., Brain Topography.: 345353.( 1996.. TfeltHansen.C.History of migraine with aura and cortical spreading depression from 1941 and omvards.Cephalalgia.doi.10.111./.. 14682982.2009.02015.x Wolthausen., Sternberg., Gerloff.and May., Are Cortical Spreading Depression and Headache in Migraine Causally Linked., Cephalalgia.vol.29.244249.( 2009.. vJ ATILIM ÜNİVERSİTESİ 15 EĞİTİMDE ATILIMIN YILI Adres.Kızılcaşar Mahallesi.06836 İncek Gölbaşı.Ankara.: 0312 586 80 00.Pbx…: 0312 586 80 90.91
23 Aralık 2011