Hemodynamic correlates of mental arithmetic task in migraine

Abstract

Kognitif aktiviteler ve hemodinamik değişiklikler arasındaki ilişkiyi (nörovasküler kuplajı) incelemek, beyin enerji mekanizmalarının altında yatan patofizyoloji hakkında bir zemin oluşturmaktadır. Bu çalışmanın amacı migrenli hastalar ve sağlıklı insanlar arasında, bir mental aritmetik (MA) testi sırasında prefrontal kortekste (PFK) oluşan hemodinamik tepkilerdeki değişikliklerin işlevsel yakın kızıl-altı spektroskopisi (iYKAS) yöntemiyle incelenmesidir. Çalışmaya 16 sağlıklı (5 erkek, 11 kadın), 16 migren hastası (4 erkek, 12 kadın) katılmıştır. Kişilerden zihinden çıkarma işlemi yapmaları ve gittikçe zorluğu artan, 3 setten oluşan soruları sözlü bir şekilde cevaplamaları istenmiştir. Performans, iş yükü, İYKAS datası ve lateralite indeksi (LI) analizleri yapılmıştır. Değişik zorluk seviyelerinde Prefrontal kortekste oluşan oksihemoglobin değişiklikleri hesaplanmış. MA testi zorlaştıkça, değişken zorluk seviyeleri için, iş yükü artmış, performans düşmüş, ve migren hastalarında daha az olmak üzere HbO2 konsantrasyonunda artış gözlenmiştir. Kontrol grubunda sağ tarafta baskın PFK aktivitesi gözlenirken, migrenli hastalarda sol tarafın baskın olduğu gözlenmiştir. Sonuçlarımız, migrenin PFK'da sağlıklı insanlardakine göre düzenlenmemiş aktivasyona sebep olan bir nörovasküler kupling bozukluğu olduğunu desteklemektedir.

Investigating the relationship between the hemodynamic changes and cognitive activity (known as the neurovascular coupling) provides a basis of the underlying physiology of the brain energy mechanisms. The aim of this study was to investigate the differences in the hemodynamic response caused by the mental arithmetic (MA) task between migraineurs and healthy subjects by using functional near infrared spectroscopy (fNIRS). 16 healthy subjects (5 male, 11 female) and 16 migraine patients (4 male, 12 female) participated in the study. Subjects were asked to perform mental subtraction and answer verbally to 3 sets of questions with increasing complexity. Performance, work load, FNIRS data and laterality (LI) index were analyzed. The difference in the oxyhemoglobin levels across different complexity levels were calculated. As the MA task got harder, work load increased, performance decreased and the change in [HbO2] increased for both groups but showing a lower incremental in oxy-Hb concentration in migraine patients for varying complexity levels. Control group showed a right dominant PFC activity, whereas migraine patients showed a left dominant PFC actvity. Our results support the hypothesis that migraine is a neurovascular coupling dysfunction causing unregulated activation in PFC than controls.