Neurovascular coupling model of brain energy metobolism

Abstract

ÖZET BEYİN ENERJİ METOBOLİZMASININ DAMAR-SİNİR BİRLEŞİM MODELİ Beyin hücrelerinde meydana gelen biyokimyasal olaylar, damar-sinir birleşim modelinin sağlık ve hastalık durumlarında nasıl etkilendiğinin anlaşılma ihtiyacından dolayı birçok işlevsel görüntüleme grubunun dikkatini çekmiştir. İşlevsel beyin görüntülenmesinde dikkat çekici gelişmeler olmasına rağmen, hücresel ve moleküler mekanizmalar bu yöntemlerle elde edilen işaretlerin hala büyük oranda anlaşılmadığım göstermektedir. Önerilen tez çalışmasının ana amacı, beyin hücreleri uyarıldığında gerçekleşen biyokimyasal olayları modelleyen kolay kullanılabilir bir benzetim ortamının yaratılmasıdır. Son amaç ise, işlevsel optik görüntüleme ve elektrofizyolojik aktivite ile ölçülen kan dinamiğinin sağlıklı ve hastalıklı durumlardaki ilişkisinin ortaya konulmasıdır. Bu yüksek lisans tezi, Aubert'in makalesinden esinlenerek, damar-sinir birleşim modelinin geliştirilmesi ve değiştirilmesini ve aynı zamanda bu modelin hastalıklı ve sağlıklı durumlarda beyin hücrelerinin cevaplarım kullanıcı dostu bir ortamda incelenmesini içermektedir. Bu çalışma, aynı zamanda hiperamonya hastalarında beyin hücre cevaplarının Aubert'in modeline göre nasıl etkilendiğini de göstermektedir. Beyin hücrelerinin hiperamonya hastalarında cevaplan, sağlıklı insanlardakiyle kullanıcı dostu program sayesinde görüntüsel olarak karşüastalmıştır. Modelimiz, diğer hastalıklı durumlar için de kullanılabilir. Ûk bulgular, modelimizin tıp literatüründeki hayvan ve insan deneyleri ile uyumlu olduğunu göstermektedir. Anahtar Sözcükler: Damar-sinir birleşimi, işlevsel beyin görüntüleme, benzetim, EEG.

IV ABSTRACT NEUROVASCULAR COUPLING MODEL OF BRAIN ENERGY METABOLISM Modeling of biochemical events taking place in neuronal cells has drawn special attention by functional imaging groups due to the need to understand how neurovascular coupling is affected during health and disease. Despite striking advances in functional brain imaging, the cellular and molecular mechanisms underlying the signals detected by these techniques are still largely unknown. The main objective of this proposed thesis work is to generate an easy to use simulation environment that models the biochemical pathways of the brain cells when they are stimulated. The ultimate goal is to investigate the relationship between the hemodynamical signals measured by functional optical imaging method and electrophysiological activity measured by EEG during health and disease. This M.Sc. thesis is involved with the development and modifications of Aubert's neurovascular coupling model and also to investigate the neurol responses during health and disease cases in a user-friendly environment. This study simulates also how the the neuronal responses in hyperammonia patients should be affected according to this model. The differences generated in neuronal responses are compared with the healthy ones and this will give us a visual comparison possibility. Our model can be used for other diseases as well. Preliminary results show that our model is in good compliance with the human and rat experiments in medical literature. Keywords: Neurovascular Coupling, functional brain imaging, simulation, EEG.