Investigating the validity and reliability of hemodynamic measurements obtained via functional near-infrared spectroscopy (FNIRS) by using n-back task

Abstract

Bu tezde işlevsel yakın kızılötesi spektroskopiden elde edilen hemodinamik ölçümlerin geçerlik ve güvenirliğinin incelenmesi amaçlanmıştır. fNIRS, prefrontal kortekste gerçekleşen yürütücü işlevlerle ilişkili hemodinamik aktiviteyi belirlemede kullanılan güvenilir, taşınabilir, düşük maliyetli ve girişimsel olmayan bir cihazdır. Sözel n-geri görevi, bilişsel iş yükü 0-, 1-, 2- ve 3-geri olarak artan bir şekilde katılımcılara sunulmuştur. Hemodinamik ölçümler 16-kanallı fNIR cihazı aracılığıyla elde edilmiştir. Ölçümlerin yapı geçerliği cinsiyet farkı açısından davranışsal ölçümler ve fNIR cihazından elde edilen hemodinamik ölçümlerin ilişkisi temelinde incelenmiştir. Test-tekrar test güvenirliği aynı görevin 3 hafta sonra tekrar uygulanması, alternative form güvenirliği ise aynı görevin farklı bir formu kullanması ile incelenmiştir. Doğrusal karmaşık etkiler modeli analiz sonuçları davranışsal ölçümler için bilişsel işyükü arttıkça doğru yanıtların sayısının azaldığını; ancak tepki süresinin arttığını ortaya koymuştur. Hemodinamik ölçümler oksijenlenmiş hemoglobinin daha çok sol ventrolateral prefrontal kortekste artış gösterdiğini, oksijenden arındırılmış hemoglobin düşüşünün ve oksijenlenme değişimindeki artışın bilateral dorsolateral prefrontal kortekste meydana geldiğini; ancak toplam hemoglobinin herhangi bir anlamlı aktiviteye yol açmadığını ortaya koymuştur. Yapı geçerliği bulguları davranışsal ve hemodinamik ölçümler bakımından kadın ve erkeklerin farklılaşmadığını göstermiştir. ICC (sınıf içi korelasyon katsayısı) aracılığıyla elde edilen güvenirlik bulguları hem davranışsal hem de fNIR ölçümlerinin zamanda ve farklı bir formda değişmezliğini ortaya koymuştur. Davranışsal ve fNIR aracılığıyla elde edilen hemodinamik ölçümlerin bulgularının benzerliği hem geçerliğe hem de güvenirliğe kanıt oluşturduğunu göstermiştir.Anahtar Kelimeler: fNIR, geçerlik, güvenirlik, prefrontal korteks, çalışma belleği, ngeri görevi

In this thesis it is aimed to investigate the validity and reliability measures and hemodynamic measures obtained through functional near infrared spectroscopy (fNIRS). fNIRS is a safe, portable, affordable, and a non-invasive device which is used in specification of the executive functions related to the hemodynamic activity of the prefrontal cortex. Verbal version of the n-back task with increasing cognitive workload from 0-, 1-, 2-, to 3-back was presented and hemodynamic measures were obtained by 16-channeled fNIR device. The construct validity of hemodynamic measurements was investigated based on gender-differences obtained through fNIRS. The test-retest reliability was examined by re-administering the same task after 3 weeks. The alternate forms reliability was investigated by using different version of the same task. Linear mixed effects model analysis indicated that for the behavioral measures, as the cognitive workload increased, accuracy decreased; but the reaction time increased. Hemodynamic measures demonstrated oxy-Hb increase mainly in left ventrolateral prefrontal cortex (VLPFC); deoxy-Hb decrease and oxygenation change in bilateral dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC); but no significant activity of total-Hb measures was found. Construct validity examination indicated that males and females did not vary on behavioral and hemodynamic measures. Reliability investigations by using ICCs (intraclass coefficient) showed consistent results both in behavioral and hemodynamic measurements. Results provide evidence for validity and reliability of behavioral measures and hemodynamic measures obtained via fNIRS.Keywords: fNIR, validity, reliability, prefrontal cortex, working memory, n-back task