Psychophysiological and FMRI responses during various extended cognitive tasks: A comparison of initial and sustained activity
Çeşitli uzatılmış bilişsel görevlerde psikofizyolojik ve FMRI tepkileri: Başlangıçtaki ve sürekli aktivitenin karşılaştırılması
- Tez No: 937083
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ AUSAF AHMED FAROOQUİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Cognitive Load, Pupil Diameter, fMRI, BOLD Response, Working Memory, Multiple Demand Regions, Default Mode Network.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nörobilim Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Nörobilim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 162
Özet
This doctoral thesis explores the complex dynamics of cognitive load, emphasizing its neural and psychophysiological underpinnings, with a focus on the frontoparietal multiple demand (MD) regions and the default mode network (DMN). Through a series of experiments; spanning line orientation, tactile decision-making, and auditory n-back tasks, the research investigates distinct activation patterns during task initiation and execution. By examining the complex relationship between neural activation and psychophysiological responses, particularly pupil dilation, the study reveals the multifaceted nature of cognitive load and its condition-dependent manifestations. Findings challenge the traditional view of cognitive load as a singular construct, demonstrating that it engages multiple, context-specific neural mechanisms. Nonlinear activation patterns in MD regions highlight distinct roles during task initiation and sustained engagement, while the DMN exhibits overlapping functions with MD regions, particularly during early task phases. Notably, the bilateral temporoparietal junction (TPJ) emerges as a key node, bridging traditional boundaries between these networks. Pupil dilation further mirrors these neural dynamics, underscoring its potential as a robust, non-invasive marker of cognitive load. The research contributes to a deeper understanding of how cognitive resources are dynamically allocated across varying task demands. Evidence from this interdisciplinary investigation highlights the interplay between MD and DMN regions, suggesting an integrated framework of cognitive control and self-referential processing. Insights gained extend beyond theoretical implications, offering applications in clinical settings, education, and human-computer interaction. This includes potential advancements in diagnosing and treating neuropsychiatric disorders, optimizing cognitive training programs, and enhancing technological interfaces. By integrating neuroimaging, psychophysiological, and behavioral paradigms, this thesis provides a comprehensive account of the neural mechanisms governing cognitive load. It advances our understanding of the intricate dynamics of brain networks, offering a foundation for innovative approaches to assessing and managing cognitive demands across diverse contexts.
Özet (Çeviri)
Bu doktora tezi, bilişsel yükün karmaşık dinamiklerini, özellikle ön-paryetal çoklu talep (MD) bölgeleri ve varsayılan mod ağına (DMN) odaklanarak, nöral ve psikofizyolojik temellerini incelemektedir. Çizgi yönelimi, dokunsal karar verme ve işitsel n-back görevlerini kapsayan bir dizi deney aracılığıyla, görev başlangıcı ve yürütme sırasında ortaya çıkan farklı aktivasyon örüntüleri araştırılmaktadır. Özellikle göz bebeği genişlemesi gibi psikofizyolojik tepkilerle nöral aktivasyon arasındaki ince ilişkiyi ele alan çalışma, bilişsel yükün çok yönlü ve duruma bağlı tezahürlerini ortaya koymaktadır. Bulgular, bilişsel yükün tekil bir yapı olduğu görüşüne meydan okumakta ve bunun birden fazla, bağlama özgü nöral mekanizmayı harekete geçirdiğini göstermektedir. MD bölgelerinde gözlemlenen doğrusal olmayan aktivasyon örüntüleri, görev başlangıcı ile sürdürülen katılım sırasında farklı roller üstlendiğini ortaya koyarken, DMN'nin özellikle erken görev aşamalarında MD bölgeleriyle örtüşen işlevler sergilediği görülmüştür. İki taraflı temporoparietal bağlantı bölgeleri (TPJ), bu ağlar arasındaki geleneksel sınırları aşan önemli bir düğüm olarak öne çıkmaktadır. Ayrıca, göz bebeği genişlemesi bu nöral dinamikleri yansıtarak, bilişsel yükün güçlü ve invaziv olmayan bir göstergesi olarak potansiyelini ortaya koymaktadır. Araştırma, farklı görev talepleri boyunca bilişsel kaynakların dinamik olarak nasıl tahsis edildiğine dair daha derin bir anlayışa katkıda bulunmaktadır. MD ve DMN bölgeleri arasındaki etkileşime dair kanıtlar, bilişsel kontrol ve öz referanslı işleme için entegre bir çerçeve önermekte ve teorik çıkarımların ötesine geçerek klinik, eğitim ve insan-bilgisayar etkileşimi alanlarında uygulama olanakları sunmaktadır. Bu, nöropsikiyatrik bozuklukların teşhis ve tedavisinde ilerlemeler, bilişsel eğitim programlarının optimize edilmesi ve teknolojik arayüzlerin geliştirilmesi gibi potansiyel kazanımları içermektedir. Nörogörüntüleme, psikofizyolojik ve davranışsal paradigmaları bir araya getiren bu tez, bilişsel yükü yöneten nöral mekanizmalar hakkında kapsamlı bir açıklama sunmaktadır. Beyin ağlarının karmaşık dinamiklerini anlamamızı ilerleterek, çeşitli bağlamlarda bilişsel taleplerin değerlendirilmesi ve yönetimi için yenilikçi yaklaşımlar geliştirmek adına bir temel sunmaktadır. Anahtar sözcükler. Bilimsel Yük, Göz Bebeği Çapı, fMRI, BOLD Tepkisi, Galama
Benzer Tezler
- Duygu denetiminde etkili nöral ağların transkranyal manyetik uyarım (TMU) ve fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (FMRG) ile araştırılması
Investigation of neural networks of emotion regulation with transcranial magnetic stimulation (TMS) and functional magnetic resonance imaging (FMRI)
BERNİS SÜTÇÜBAŞI
- Analyzing effective connectivity of brain using FMRI data: DCM and PPI
FMRI verileri kullanılarak beyindeki etkili konnektivite analizi: DCM ve PPI
SİNA MOJTAHEDI
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
BiyomühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR HALICI
PROF. DR. METEHAN ÇİÇEK
- Disleksi ve yazım kusurlu olan çocukların okuma sırasında beyin aktivitelerinin fonksiyonel MR ile incelenmesi
Examination of brain activities during reading with functional MRI of children with dyslexia and written defects
GİZEM RÜVEYDA SAĞIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mühendislik BilimleriErciyes ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRA İÇER
- Z kuşağının duygusal ve bilişsel tepkileri: Influencer ve televizyon reklamlarının psikofizyolojik etkileri
Emotional and cognitive responses of generation Z: Psychophysiological effects of influencer and television advertisements
NURTEN BALCIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İletişim BilimleriÜsküdar ÜniversitesiNöropazarlama Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SELAMİ VAROL ÜLKER
- Güverte tayfasının çalışma periyoduna bağlı olarak gelişen psikofizyolojik verilerinin liman operasyonu süreçlerinde analizi
Analyzing the deck ratings' psychophysiological datas due to working period during port operations
BARIŞ ÖZSEVER
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Denizcilikİstanbul Teknik ÜniversitesiDeniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. LEYLA TAVACIOĞLU