ECoG ve Fonksiyonel Haritalama: Christoph Guger

ECoG ve Fonksiyonel Haritalama: Christoph Guger

Her günkü gibi günün ilk konuşmacısı Christoph Guger'di. Bugün Christoph, ECoG (elektrokortikografi) ve fonksiyonel haritalama konusunu ele aldı.

Christoph, EEG ve ECoG verilerinin uzamsal çözünürlüğü arasındaki farkı şöyle özetledi:

EEG ile Mümkün Olan

Sol el ve sağ el hareket hayali arasındaki farkı ayırt etmek mümkündür; ancak bireysel parmak hareketlerini birbirinden ayırt etmek mümkün değildir.

ECoG ile Mümkün Olan

Elektrotlar kortekse doğrudan implante edildiğinde 80–200 Hz yüksek gama aktivitesiyle tek tek parmak hareketleri net biçimde ayırt edilebilir. Bu sayede her parmak hareketinden sorumlu kortiksal alanlar belirlenebilir.

Bu üstün uzamsal çözünürlük sayesinde g.tec, cortiQ adlı yüksek gama haritalama aracını geliştirdi. Nörocerrahlar bu sistem sayesinde bir insanın en önemli, vazgeçilmez beyin fonksiyonlarını yalnızca birkaç dakika içinde haritalayabiliyor.

Bu çalışma, Anthony Ritaccio ve Kyousuke Kamada gibi nörocerrahlarla yakın iş birliği gerektiriyor. Sistem; eller, dudaklar, gözler, dil, matematik merkezleri, yüz bölgeleri, renk ve siyah/beyaz kod çözme bölgeleri ile daha pek çok alandan sorumlu kortiksal alanların tespit edilmesine olanak tanıyan bir haritalama paradigması sunuyor.

Bu bilgi, nörocerrahın ameliyat sırasında hangi dokuya dokunmaması gerektiğini anlaması için kritik öneme sahiptir.

cortiQ Sistemi Nerede Kullanılır?

• Epilepsi hastalarının yoğun bakım takibinde
• Tümör hastalarının ameliyatında “konuşan korteksin” (eloquent cortex) tespitinde

ECoG BCI Deneyleri Nasıl Kurulur? — Fan Cao

Fan Cao, ECoG BCI deneylerinin nasıl yürütüleceğini anlattı. Cerrahi gereksinimlere göre ECoG gridleri; sensorimotör bölge, temporal lob, görsel korteks ve/veya diğer alanlara yerleştiriliyor. Bu planlama cortiQ'nun Montaj Yaratıcısı aracılığıyla yapılıyor.

Ardından hastanın yerine getirmesi gereken görevleri belirleyen deneysel bir paradigma oluşturuluyor. Bu adımların her ikisi de genellikle cerrahi planlama sürecinde tamamlanıyor.

Hasta beyin haritalamaya girdiğinde cortiQ, deneysel paradigmayı yeniden oynatarak hastanın görevi yerine getirmesini sağlıyor. Tüm haritalama prosedürü genellikle 3–5 dakika sürüyor.

Fan ayrıca g.HIsys hızlı prototipleme yazılım ortamını kullanarak g.HIamp ile kaydedilen ECoG verileriyle tam bir kapalı döngü deneyinin nasıl yapılandırılacağını gösterdi. Gerçek zamanlı bir sistemin, hastaya sunulan 16 farklı görsel uyaran türünü nasıl tanıyabileceğini izleyicilere aktardı. Bu örneğin pratik uygulamalarından biri: hastanın bir bilgisayar ekranında yüz mü yoksa sembol mü gördüğünün gerçek zamanlı olarak çözümlenmesi.

Açık ve Kapalı Döngü Beyin Stimülasyonunu Optimize Etmek — Johannes Grünwald

Johannes Grünwald, yüzey ECoG elektrotları ve DBS (derin beyin stimülasyonu) için kullanılan derinlik elektrotlarıyla elektrik stimülasyonu yapılırken dikkat edilmesi gereken kritik parametreleri aktardı.

Gerçek zamanlı deneyler tasarlamak için g.HIsys yazılım ortamı kullanılabiliyor. Bu sayede biyosinyal amplifikatörleriyle nöral deşarjlar ve ECoG verileri kaydedilebiliyor.

Yeni g.Estim Switching Unit, gerçek zamanlı olarak kontrol edilerek anlık stimülasyon noktası seçimine olanak tanıyor. Stimülasyon sırasında amplifikatörü devre dışı bırakarak tüm akımın kortekse uygulanmasını garanti ediyor.

İnvaziv BCI'lar Bize Ne Sunuyor? — Milena Korostenskaja

Neuroapproaches Enstitüsü'nden Milena Korostenskaja, ECoG, MEG ve fMRI kayıtlarının hastanelerde nasıl gerçekleştirildiğini ve bunlar için hangi teknolojilerin gerektiğini ayrıntılı biçimde ele aldı.

Milena ve ekibi, yalnızca birkaç hafta önce epilepsiyi tedavi etmek amacıyla yeni doğan bir bebeğe müdahalede bulunmuştu. Küçük çocuklarda epilepsi tedavisi özellikle kritik öneme sahip: müdahale edilmezse giderek daha fazla nöron etkileniyor.

ECoG çalışmalarında grid, strip ve derinlik elektrotları kullanan Milena, yüksek gama haritalama teknolojisinin elektrik akımı stimülasyonu, MEG ve fMRI ile doğrulanmasını aktardı. Araştırmaları, yüksek gama haritalama ile daha fazla bilgi elde edilebildiğini ve bu yöntemin elektrik akımı stimülasyonuna kıyasla daha hassas olduğunu açıkça ortaya koydu.

Parkinson İçin Kapalı Döngü Nöromodülasyon — Nuri Firat Ince

Houston Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği Bölümü'nden Nuri Firat Ince, Parkinson hastalarına yönelik Derin Beyin Stimülasyonu (DBS) tekniklerini ele aldı.

İmplante edilen elektrotlar, elektrik stimülasyonuyla bu hastaların titremelerini durdurabiliyor. LFP'deki beta osilasyonları, bu hastalardaki patolojik durumu çözümleyerek ihtiyaç anında talamustaki STN bölgesine derin beyin stimülasyonu uygulanmasını sağlayan sistemlere rehberlik ediyor.

Nuri, farklı Parkinson türlerini gösteren biyobelirteçlerin geliştirilmesini de sundu. Parkinson hastalarının bir kısmında titreme, bir kısmında ise yürüyüş güçlüğü ön plana çıkıyor. Bu hastalar için faz-genlik eşleşmesi (phase-amplitude coupling) bir biyobelirteç olarak kullanılabiliyor. Şu anda ekibi, tedavinin yardımcı olup olmadığını ve nasıl etki ettiğini araştırmak için Parkinson hastalarında kronik kayıtlar gerçekleştiriyor.

ECoG BCI ile Konuşmanın Yeniden Yapılandırılması — Dean Krusienski

Virginia Commonwealth Üniversitesi'nden Dean Krusienski, konuşma üretimi ve yeniden yapılandırması üzerine çalışan grupların kapsamlı bir genel görünümünü sundu: Berkeley'den Eddie Chang ve Bob Knight, Columbia Üniversitesi'nden Nima Mesgarani bu alandaki öncü isimler arasında yer alıyor.

Dean, Northwestern Üniversitesi ile iş birliği yaparak intraoperatif çalışmalarda ECoG verileri kaydediyor. Ekibi, konuşma sinyalini verimli biçimde yeniden yapılandırmak için sinir ağları kullanıyor. Yeni veriler geldikçe eğitim verileriyle karşılaştırılarak bir arama tablosu oluşturuluyor ve bu sayede konuşma sentezleniyor.

Girdi özelliği olarak 70–170 Hz aralığındaki gama bandının log-gücü kullanılıyor. Bu yaklaşım, “shook”, “steer”, “pave” gibi kelimelerin yüksek doğrulukla yeniden yapılandırılmasına ve elde edilen sinyalin anlaşılmasına olanak tanıyor.

Önemli çıkarım: Bu araştırmalar, beyin-bilgisayar arayüzü teknolojisinin yalnızca hareketi değil, insan sesini ve dilin kendisini de yeniden yapılandırabileceğini gösteriyor. Felçli ya da konuşma yetisini yitirmiş hastalar için bu bir umut kapısı.