Prefrontal korteks asimetrisinin kantitatif EEG ile Değerlendirilmesi

Abstract

VII. ÖZET İman bilişiminde önemli role sahip olan prefrontal korteksin işlevleri henüz tam olarak aydınktılamamıştır. Posterior kortikal alanların asimetrik aktivasyonu hakkında daha çok bilgimiz olmasına rağmen anterior kortikal alanların asimetrik işlevleri araştırmaya açıktır. Özellikle prefrontal korteksin işleyen bellek işlevi sırasındaki asimetrik aktivasyonuna el tercihi ve cinsiyetin etkisi açıklık kazanmamıştır. Araştırmada EEG alfa asimetrisi kullanılarak, prefrontal korteksin işlevlerindeki interhemisferik asimetrik aktivasyon biçimi, asimetrik aktivasyonun başarıyla ilişkisi ve bunlara el tercihi ve cinsiyetin etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır. Prefrontal korteksin posterior asosiyasyon alanlarıyla ilişkisinin başarıya etkisi ayrıca inceleme konusu edilmiştir. 18-25 yaşları arasında (ortalama 20.16 ± 1.43 SD), gönüllü, 12 kadın (8 saglak, 4 solak) ve 13 erkek (8 sağlak, 5 solak), toplam 25 tıp fakültesi 2. sınıf öğrencisi çalışmaya alınmıştır. El tercihlerinin belirlenmesi için, Chapman ve Chapman' ların anketi Türkçe'ye çevrilerek ve uyarlanarak deneklere uygulanmıştır. Çalışmada Wisconsin Kart Eşleştirme Testinin (WKET) Neuroscan firmasının STİM paket programı içinde bilgisayara uyarlanmış şekli kullanılmıştır. İlk defa Grant ve Berg tarafından 1948'de tanımlanan WKET, davranışın ardı ardına sıralanması ve zamanlanması, kısa süreli bellek, uygun olmayan bellek bilgilerinin araya girmesine engel olma, yakın gelecekteki hareketleri planlama, davranış setini sürdürme ve değiştirme yeteneklerindeki kayıplara duyarlı bir testtir. Bu davranış işlevlerinin prefrontal korteks tarafından gerçekleştirildiği bilinmektedir. Ayrıca lezyon çalışmaları WKET'yle ilgili bilişsel işlemlerin dorsolateral prefrontal korteks tarafından gerçekleştirildiğini kanıtlamıştır. EEG aktivitesi (5-35 Hz analog filtresi uygulanarak) F3, F4, T5, T6, P3, P4 elektrotlarından birbirine bağlanmış iki kulağa (A1-A2) refere edilerek kaydedilmiştir. Dört deney durumunda EEG kaydı alındı: a) Gözler açık dinlenim, b) Gözler kapalı dinlenim, c) WKET kuralsız uygulanırken, d) WKET Heaton'ın talimatlarına göre uygulanırken. Artefaktsız spektrumların ait olduğu ham EEG kayıtlarına 8-10 Hz (alfa- 1), 10-14 Hz (aifa-2), 8-14 Hz (alfa) band-pass filtreleri ayrı ayrı uygulandı ve frekans genlik spektrumları elde edildi. Bilgisayar yardımıyla ortalama spektral güç (OSG) değerleri bulundu. İnterhemisferik asimetrik aktivasyon biçiminin göstergesi olarak 55lateralizasyon indeksi (Lİ) frontal, temporal ve parietal bölgeler için aşağıdaki formülle hesaplandı. Lİ = Log sol hemisfer OSG - Log sağ hemisfer OSG Solak erkeklerde, dinlenimde sağ temporal alfa gücü sola göre yükseldikçe basan artarken, WKET sırasında sağ temporal alfa gücü sol temporale göre baskılandıkça basan artmaktadır. Sağlak kadınlarda, dinlenimde alfa asimetrisinin, sol posterior lebine yüksekliği basan artışı ile ilişkilidir. Aynı grupta, WKET kuralsız yapılırken, alfa asimetrisinin sol posterior alfa baskılanması yönünde değişimi basan ile ilişkili bulunmuştur. Bazı farklı sonuçlar olsa da bulgular genel olarak, dinlenimde bir hemisferde diğerine göre yüksek alfa gücünün, o hemisferin ilgili olduğu bilişsel işlevlere daha hazırlıklı olmasını sağladığım düşündürmektedir. Solak kadın ve solak erkeklerin WKET sırasındaki ortalama frontal Lİ'lerinin karşılaştırılması erkeklerde sağ, kadınlarda sol aktivasyon göstermiştir. Ayrıca LÎ ve başarı ilişkilerine bakıldığında, solak kadınlarda dinlenimde sağa göre sol posterior hemisfer alfa gücünde yükseklik başarıyı artırmaktadır. Solak erkeklerde ise dinlenimde sola göre sağ posterior hemisfer alfa gücü yüksekliği başarıda artışla ilişkili görülmektedir. Yine bu grupta WKET sırasında sağ temporalde, sol temporale göre alfa baskılanması, artmış başarı ile ilişkili bulunmuştur. Bu bulgular özellikle solak erkeklerde farkh bilişsel stratejilerin varlığına işaret edebilir. Dinlenin durumunda sağlak kadınlarda alfa gücünün sağa göre solda yükselmesi, sağlak erkeklerde ise tam tersine sola göre sağda yükselmesi WKET'nde gösterilen başarıyı artırmaktadır. Dinlenim sırasında, solak kadınlarda sağlak kadınlara, solak erkeklerde sağlak erkeklere benzer asimetrik aktivasyon biçimleri, testte artmış basan ile birliktedir. Bu bulguların ışığında, dinlenimde Lİ ile WKET başarısı arasındaki ilişkiyi cinsiyetin etkilediği, el tercihinin etkilemediği düşünülebilir. Sağlak erkeklerde WKET sırasında sol frontal aktivasyonda artış (göreceli alfa baskılanması), basan artışıyla ilişkili bulunmuştur. Solak erkeklerde ise WKET sırasında sağ temporal aktivasyon başarıyı artırmaktadır. Sağlak erkeklerde sol frontal aktivasyonla testteki basan arasındaki ilişki, ayrıca dinlenim ve görev durumian sırasında parietal ve temporal alfa aktivitesi ile WKET başarısı arasında görülen anlamlı ilişkiler, WKET'nin bir işleyen bellek testi olduğu ve prefrontal korteksin posterior kortikal alanlar ile birlikte çalışması ile yapıldığı görüşü ile uyumludur. 56Solak erkeklerde, görece sağ temporal aktivasyonla başarının artması ve sağlak erkeklerde (görev sırasında sol prefrontal korteks aktive olduğu halde), dinlenimde sola göre sağda yüksek alfa gücünün basanda artışla birlikte görülmesi, sağ faemisferin global dikkatin yönlendirilmesindeki rolüyle açıklanabilir. Bulgulanrmzda prefrontal ve posterior alanların başarıyla ilişkisi, dikkatin anlamsal içeriğe yönlendirilmesi için bu kortikal alanların birlikte çalışmasının sonucu olabilir. Sonuç olarak dinlenim ve WKET sırasındaki interhemisferik EEG alfa asimetrisi, test sırasındaki başarıyla ilişkisi de dikkate alındığında, prefrontal korteksin ve ilişkide olduğu posterior kortikal alanların asimetrik aktivasyonunu değerlendiren bir yöntem olarak savunulabilir. Bu inceleme yöntemiyle, prefrontal korteksin, posterior kortikal alanlarla bağlantılı işlevlerinin cinsiyet ve el tercihi gibi kişisel değişkenler ve psikopatolojik durumlardan nasıl etkilendiği daha fazla denek sayısıyla çalışılmaya açıktır. 57

ASSESMENT OF PREFRONTAL CORTEX ASYMMETRY WITH QUANTITATIVE EEG Abstract The functions of the prefrontal cortex, an essential anatomic location for human cognition, are not properly known. Although we have a great amount of data about posterior functional cortical asymmetry, there are conflicting results about anterior cortical areas. Especially the effect of handedness and gender on asymmetric activation of prefrontal cortex is still not clear. In the present study, it was aimed to investigate the effects of handedness and gender on the asymmetric activation of the prefrontal cortex and related posterior cortical areas. The relationship of this asymmetry with performance, was also investigated. Twenty-five medical undergraduate volunteers, 12 male (8 right handed-5 left handed) and 1 3 female (8 right handed-4 left handed), aged between 1 8-25 participated in the study. Handedness was determined by a questionnaire adapted and translated from Chapman and Chapman. Computerised version of the Wisconsin Card Sorting Test (WCST) was used (Neuroscan STIM software package). WCST, which was firstly introduced by Grant and Berg in 1948, evaluates the ability of temporal sequencing and motor planning of behavior, behavioral set shifting, withstanding interference from inopportune memories and short-term memory processes. The prefrontal cortex is known to be the cortical site for these cognitive functions. The majority of the studies suggest that patients with dorsolateral prefrontal cortex damage are more impaired on the WCST. EEG activity was recorded from F3, F4, T5, T6, P3 and P4 electrodes referenced to linked ear lobes. Analog filter was set to 5-35 Hz. EEG was recorded in four conditions a) Eyes open resting, b) Eyes closed resting, c) WCST administration without rules, d) WCST administration with Heaton's instructions. Artefact free epochs were band-pass filtered to extract alpha- 1 (8-10 Hz), alpha-2 (10-14 Hz) and alpha (8-14 Hz) activities. After employing Fast Fourier Transform, spectral power averages (SPA) were obtained. Lateralization index (LI) for frontal, temporal and parietal cortex was calculated with the following formula: LI = log left hemisphere SPA - log right hemisphere SPA 58At rest, left handed males showed a positive correlation between the performance on the WCST and a relative right temporal alpha power increase. They showed increased performance with a relative right sided alpha suppression while performing the WCST. For right handed females at rest, a relative left posterior alpha power increase correlated with increased performance. Also in this group, a relative left posterior alpha suppression increased the performance during the WCST without rales. In spite of some conflicting results, findings suggested that, at rest, increased alpha power in one hemisphere, associated with better performance on tasks related to that hemisphere. The comparison of mean frontal LI scores of left handed females and left handed males while performing the WCST, showed a right sided activation for males and a left sided activation for females. For left handed female at rest a relative left sided alpha increase associated with increased performance; but the pattern reversed for males. Left handed males also showed an association between right sided alpha suppression during the WCST and increased performance. These results suggested the use of a different cognitive strategy for left handed males. Increased WCST performance associated with a relative right sided alpha power increase for females but left sided for males at rest. Left handed females showed the same asymmetry pattern with right handed females, and left handed males' pattern resembled the right handed males'. These results asserted that, at rest, gender and handedness could affect the relationship between LI and WCST performance. Left frontal activation (relative alpha suppression), associated with increased performance on the WCST for right handed males. For left handed males relative right temporal activation increased the performance. These results and significant correlations between posterior cortical alpha asymmetry (during the WCST and rest) and the WCST performance, supported the concept of the WCST' s activating the prefrontal and the posterior cortical areas with considerable demand to working memory. Left handed males showed increased right temporal activation during the WCST, associated with increased performance. Right handed males showed left frontal activation during the WCST, but a relative right sided alpha power increase during rest, associated with increased performance. These results might be explained by the role of right hemisphere in global attentionai strategies. The relationship of the 59prefrontal and the posterior cortical asymmetry with performance obtained in our results, supported the view of the prefrontal cortex and the posterior parietal cortex's being involved in the operation of shifting attention to semantic processing of objects In conclusion it can be asserted that interhemispheric EEG alpha asymmetry pattern, both at rest and during the WCST, can be used to assess asymmetric activation of the prefrontal cortex and related posterior cortical areas when the performance is also taken in to account. In the view of these results, continuing researches are needed to clarify the effect of gender, handedness and psychopathological conditions on prefrontal-posterior cortical functions. 1-Ö, 60