Geri Dön

Identifying neural correlates of motor adaptation learning for BCI-assisted stroke rehabilitation

BBA-destekli felç rehabilitasyonu için motor adaptasyon öğreniminin nöral ilintilerinin tanımlanması

PDF İndir

  1. Tez No: 444550
  2. Yazar: OZAN ÖZDENİZCİ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MÜJDAT ÇETİN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 147

Özet

Son yirmi yıllık süre içerisinde en çok öne çıkan araştırma alanlarından birisi olan elektroensefalografi (EEG) tabanlı beyin-bilgisayar arayüzü (BBA) teknolojileri, şiddetli nöromusküler engellilikler dolayısıyla içe kilitlenme sendromu yaşayan hastalar için beyin dalgaları aracılığıyla doğrudan bir iletişim kanalı sağlamayı, ve yakın zamanda geliştirilen yaklaşımlar ile felçli hastaların motor tedavi süreçlerini desteklemeyi amaçlamaktadır. Günümüzde genel olarak araştırmalarda kullanılan EEG-tabanlı BBA-destekli felç rehabilitasyonu protokolleri, duyumotor alanlardaki nöral aktivitelerin dokunsal geribeslemesi ile sınırlıdır. Üzerinde durulan bu beyin aktivitelerinin kapsamının, birçok çeşitli beyin ritminin motor yetersizlikler ile ilişkili olduğuna dair çalışmalara dayanarak, bu alandaki daha ileri gelişmelerin gerçekleşmesinde kısıtlayıcı bir etken olabileceği düşünülmektedir. Felç sonrası tedavi sürecinin bir motor öğrenme şekli olarak görülmesi dolayısıyla, motor öğrenmenin duyumotor alanların ötesindeki nöral ilintilerinin tanımlanması ve bu şekilde BBA-destekli felç rehabilitasyonu çalışmalarının günümüzdeki odak noktasının genişletilmesi ileri sürülmektedir. Bu amaçla, sağlıklı bireyler ile eş-zamanlı EEG verisi kaydı altında fiziksel bir kuvvet-alanı adaptasyonu deneyi tasarlayıp uyguladık. Bu tür motor adaptasyon deneyleri, hastaların felç sonrası tedavi süreçlerini temsil eden bir motor öğrenme formunda, insan beyininde motor kabiliyetler için içsel model oluşumlarını tetiklemektedir. Toplanan deneysel veriler ile, motor adaptasyon öğreniminin nöral ilintilerini dinlenme-durumu ve motor hareket-öncesi safhalarında tanımlamayı hedefledik. Bu bağlamda, kinematik öğrenme becerisi ve nöral veriler arasındaki ilişkiyi incelemek için bir sinyal işleme ve makine öğrenme yaklaşımı uyguladık. Hem dinlenme-durumu hem de motor hareket-öncesi EEG verileri ile elde ettiğimiz sonuçlar, duyumotor alanlarını kapsayan ve aynı zamanda onların ötesinde geniş bir ağdaki beyin alanlarının motor adaptasyon öğrenimiyle ilintili olduğunu doğrulamaktadır. Özellikle spektral olarak beta dalgalarının (15-30 Hz) ilişkili olduğu gözlemlenmiştir. Bunun ötesinde, öğrenme ile ilintli beyin aktivitelerinde motor adaptasyon süresince oluşan değişiklikler incelenmiş ve sonuçlarımızın insan motor davranışlarını anlamak amacıyla yürütülen literatürdeki diğer beyin görüntüleme çalışmaları ile tutarlılığı tartışılmıştır. Son olarak, bu sonuçların kullanımı için özgün bir BBA-tabanlı robotik felç rehabilitasyon ortamı önerilmektedir.

Özet (Çeviri)

Being one of the most prominent research areas over the last two decades, electroencephalogram (EEG) based brain-computer interface (BCI) technology aims to provide direct brain communication for locked-in patients with severe neuromuscular disabilities and support motor restoration in stroke with recently developing approaches. In the context of EEG-based BCI-assisted stroke rehabilitation, we hypothesize that the extent of brain activities considered in state-of-the-art protocols, which are restricted to haptic feedback of neural activity in primary sensorimotor areas, might be a confounding factor for further progress in this field due to empirical evidence on a variety of brain rhythms being related to the extent of motor deficits. As post-stroke recovery is a form of motor learning, we propose to identify neural correlates of motor learning beyond sensorimotor areas to extend the current focus of BCI-assisted stroke rehabilitation. For this purpose, we designed and implemented a physical force-field adaptation learning experiment under simultaneous EEG recordings with healthy individuals, in which post-stroke recovery processes of patients will be likened to a plausible form of motor learning as such motor adaptation tasks are known to induce internal model formations for motor capabilities within the brain. With the experimental data, we aimed to identify neural correlates of motor adaptation learning during resting-state and pre-movement phases prior to motor execution. We implemented a signal processing and machine learning approach to investigate the relation between kinematic learning performance and neural data. Our results on both resting-state and pre-movement EEG data verify that Abstract ii a broad network of brain regions including and beyond sensorimotor areas are involved in motor adaptation learning with spectral relevance of beta oscillations (15{30 Hz) in particular. We further investigated changes in learning-correlated activities during the course of motor adaptation and discussed how our conclusions come into line with previous neuroimaging studies to understand human motor behavior. Finally, we propose to exploit these results in a novel BCI-assisted robotic stroke rehabilitation setting.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    857542

    Magnetic resonance spectroscopic imaging based detection of genetic alterations in gliomas

    Gliomalarda genetik değişikliklerin manyetik rezonans spektroskopik görüntüleme tabanlı tespiti

    BANU SAÇLI BİLMEZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBoğaziçi Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ESİN ÖZTÜRK IŞIK

  2. Tez No

    767053

    Development of software tools for improved 1H magnetic resonance spectroscopic imaging

    İyileştirilmiş 1H manyetik rezonans spektroskopik görüntüleme için yazılım araçlarının geliştirilmesi

    SEVİM CENGİZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    BiyomühendislikBoğaziçi Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ESİN ÖZTÜRK IŞIK

  3. Tez No

    895341

    İstanbul Büyükçekmece Küçükçekmece gölleri arasındaki kütle hareketlerinin türü ve mekanizmasının incelenmesi

    Investigation of mass movements type and mechanism between i̇stanbul Büyükçekmece and Küçükçekmece lakes

    GÖKHAN ŞANS

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. REMZİ KARAGÜZEL

  4. Tez No

    401240

    Functional tests of atypical connectivity in the autistic brain using magnetoencephalography

    Başlık çevirisi yok

    MEHMET AKİF COŞKUN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUniversity of Houston

    DOÇ. DR. BHAVIN R. SHETH

  5. Tez No

    564111

    Mitojenik (MAPK) ve hayatta kalim (AKT) sinyal yolaklarinin Speedy/RINGO proteini ile ilişkisinin SH-SY5Y nöroblastoma hücrelerinde aydinlatilmasi

    Identifying the role of Speedy/RINGO on mitogenic (MAPK) and survival AKT pathways intersection in SH-SY5Y neuroblastoma cells

    YEŞİM KAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    GenetikMuğla Sıtkı Koçman Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞEGÜL YILDIZ

Geri Dön