Cerebrovascular dynamics in migraine measured with fNIRS

Abstract

Migren dünya nüfusunun yaklaşık yüzde 12'sini etkileyen nörovasküler bir ağrı sendromudur. Migren, hastaların yaşam kalitelerini ve verimliliklerini ciddi ölçülerde etkilerken, ülke ekonomilerine de milyonlarca dolar zarar vermektedir. Bu sebeplerden dolayı hastalığın doğru teşhisi ve tedavisi önem kazanmaktadır; bu da ancak migren dinamiklerinin daha iyi anlaşılması ile mümkündür.Bu çalışma migren hastalarının ve sağlıklı deneklerin serebrovasküler dinamikleri arasındaki farkları nefes tutma sırasında serebrovasküler dinamikleri yakın kızıl ötesi spektroskopi kullanarak gözlemlemeyi amaçlamaktadır. Kullanılan yöntem ardı ardına tutulan dört nefese deneklerin verdiği tepkilerin işlevsel yakın kızıl ötesi spektroskopi ile ölçülmesi şeklindedir. Deneklerin tepkileri gauss fonksiyonu kullanılarak modellenmiş ve elde edilen model parametreleri migrenli ve sağlıklı denekler için karşılaştırılmıştır. Hem Hb hem de HbO2 dinamiklerinin migrenliler için bastırılmış olduğu görüşünü destekler biçimde migrenlilere ait tüm genlik parametrelerinin, sağlıklı deneklerin parametrelerinin yaklaşık yarısına eşit olduğu gözlenmiştir. Ayrıca migrenlilerin serebral otoregülasyon yetersizliğini işaret eder biçimde, migrenlilerin yanıtlarının sağlıklı deneklerin aksine önceden bilinemez olduğu görülmüştür. Migrenlilerin Hb yanıtında tepe noktası zamanı değerleri sağlıklı deneklerden en az sekiz saniye önceden gelmekte, HbO2 yanıtında ise yaklaşık dokuz saniye gecikmektedir. Bulgularımız migrenlilerde nefes tutma sırasında serebral dinamiklerin regülasyonunun sağlıklı deneklerden önemli şekilde farklı olduğunu göstermektedir.Anahtar Sözcükler: Migren, Serebrovasküler Dinamikler, İşlevsel Yakın Kızılötesi Spektroskopi, Gauss Fonksiyonu.

Migraine is a neurovascular pain syndrome affecting nearly 12 per cent of world's population. Migraine decreases the life quality and work efficiency of patients drastically, and causes billions of dollars of economical loss to countries. Therefore, accurate diagnosis and treatment of migraine is important which is only possible by understanding its dynamics.This study aims to observe the differences cerebrovascular dynamics of migraine patients and healthy subjects by measuring their cerebrovascular responses during breath hold task by using functional near infrared spectroscopy. The subjects' responses are modeled using Gaussian functions and the obtained model parameters of migraineurs and healthy subjects are compared. All amplitude parameters of migraineurs were found to be approximately half of those for healthy subjects supporting that migraineurs' responses are suppressed for not only Hb dynamics but also HbO2 dynamics. Moreover, migraineous responses were found to be unpredictable as opposed to healthy subjects suggesting that migraineurs have an inherent incapability for cerebral autoregulation. Time to peak values of migraineurs' Hb are found to precede the healthy subjects at least eight seconds while their HbO2 values lagged around nine seconds. Our findings indicate that regulation of cerebral dynamics of migraine patients during breath hold task is significantly different than the healthy subjects.Keywords: Migraine, Cerebrovascular Dynamics, Functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS), Gaussian function.