Beynin Sayısal İşlevleriyle İlgili Devre Modellerinin Tasarlanması ve Matematik Öğrenme Güçlüğü diskalkuli Hastalık Haritasının Elde Edilmesi

Çiçek M. (Yürütücü), Öner Ö., Ulusoy İ., Uran P.

TÜBİTAK Projesi, 2015 - 2018

Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
Başlama Tarihi: Nisan 2015
Bitiş Tarihi: Nisan 2018

Proje Özeti

Önerilen projede, insan beyninde sayı algısını yürüten nöral ağların (devrelerin) bağlantısallık penceresinden nasıl çalıştığının incelenmesi ve buradan hareketle matematik öğrenme güçlüğü (diskalkuli) görülen çocuklarda bu devrelerde ne gibi sorunların olduğunun incelenmesi amaçlanmaktadır. Bu genel amaca ulaşmak üzere: 1) Matematik öğrenme güçlüğü (diskalkuli) olan çocuklar ve sağlıklı kontrollerde sayı algısı davranışsal ve işlevsel manyetik rezonans görüntüleme (iMRG) ve difüzyon tensor görüntüleme (DTG) yöntemleriyle değerlendirilecektir. 2) iMRG ve DTG verileri ile beyin bölgeleri arasındaki fonksiyonel ve efektif bağlantısallığın modellenmesi yapılacaktır (devre modellemesi). 3) Son olarak davranış ve görüntüleme verileri hasta/kontrol farkı açısından karşılaştırılacak ve diskalkulideki farklılıklar konusunda bilgi elde edilecektir. Ayrıca matematik öğrenme güçlüğü (diskalkuli) için görüntüleme verileri kullanılarak hastalık haritası çıkarılacaktır.

Beynin nasıl çalıştığı 21. Yüzyılın en bilinmeyen ve en çok çözülmek istenen problemlerinden biridir. Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa Birliği beyin araştırmalarını öncelikli alanlar arasına almıştır. Avrupa Birliği tarafından yürütülen ve Türkiye’nin de yer aldığı “İnsan Beyni Projesinin” alt iş paketlerinden biri “uzay, zaman ve sayı”dır. Sayı algısının beyinde hangi süreçlerle ilişkili olduğunun aydınlatılması bu işlevlerde bozukluk görülen hastalıkların anlaşılmasına katkı sağlayacaktır. Sayı algısında sorunlarla ilişkili olabileceği ileri sürülen diskalkulinin beyinde hangi çalışma sorunları nedeniyle ortaya çıktığı bilinmemektedir. Beyinde korteks ya da korteks altı bölgelerin birbirinden bağımsız çalıştığı düşünülemez. Dolayısıyla beyin işlevlerinin incelenmesinde bağlantısallık yöntemlerinin kullanılması bir zorunluluk olarak gözükmektedir. Literatürde var olan bağlantısallık modellerindeki eksiklikleri barındırmayan bir bağlantısallık modelleme yöntemi geliştirmek dünya çapında ses getirecek bir hedeftir. Son olarak toplumda %5 gibi çok yüksek bir oranda görülen matematik öğrenme güçlüğünün beyindeki mekanizmaları hakkında ek bilgi edinmek toplumsal fayda sağlayacaktır. Diskalkuliye sahip çocukların devre modellemeleri hastalık haritası diyebileceğimiz farklılıklar gösterirse bu sağlık sorununun tanısında ve tedavi yollarının şekillendirilmesinde yarar sağlayacaktır.

Sunulan proje kapsamında, 30 diskalkuli hastası çocuk ve 30 sağlıklı çocukta beyin görüntüleme deneyi tasarlanmıştır. İMRG deney dizaynlarının zamansal çözünürlüğü yüksek olan “olaya ilişkin dizayn” formatında olması planlanmaktadır. İlkokul 3. Sınıf öğrencileri içinde yapılan bir tarama ile belirlenen matematik öğrenme güçlüğü olan ve sağlıklı öğrenme gösteren çocuklar deneye katılacaktır. Sayısal algı görsel uzaysal uyaranlarla değerlendirilecektir. Görevler diskalkulide bozukluk olabileceği düşünülen yaklaşık sayı sistemi ve sembole erişim sistemi ile ilgili olacaktır. Rakamların görsel olarak sunulduğu (sembole erişim sistemine yönelik görev) ve nokta uyaranlarının verildiği (yaklaşık sayı sistemini değerlendirmek üzere) görev durumlarında katılımcılar “hangisi çok?” şeklinde soruya yanıt vereceklerdir. Bu olgular ayrıca diğer psikiyatrik bozuklukların varlığı açısından değerlendirilecektir.

Deneylerde gerçekleştirilecek İMRG ölçümü beyinde milimetre düzeyinde fizyolojik değişimleri gösterebilecek yüksek uzaysal çözünürlüğe sahiptir. Ayrıca elde edilecek DTG verileri beyindeki aksonların seyri hakkında yaşayan bireylerde şu an için eşsiz veri sağlayacak bir yöntemdir. Bu veriler, özellikle bağlantısallık modellemesinde yardımcı olacak kortikokortikal bağlantılar hakkında bilgi içerecektir. Projede elde edilen verilere literatürde var olan bağlantısallık yöntemleri uygulanacaktır; ayrıca, grafik yöntemleri üzerinde yoğunlaşılarak yeni modeler geliştirilecektir. Hem hasta hem de kontrol grubundan elde edilen bağlantısallık bilgisi kullanılarak tanıya yardımcı hastalık haritası çıkarılabilecektir.

Önerilen proje bir temel sinirbilim araştırmasıdır, bunun yanında diskalkulinin tanı ve tedavisine yardımcı olabilecek sonuçlar vaadetmektedir. Ayrıca proje hesapsal modelleme, bilişsel mimari ve beyin-makine arayüzü çalışmalarına katkı verebilecektir. Bu proje kapsamında kullanılacak, geliştirilecek ve üretilecek olan algoritmalar yoluyla ortaya konulan modeller, ileride yapılacak klinik araştırmalarla toplanacak hasta verileri için kolayca uygulanabilecektir. Böylece hasta/kontrol farklılıkları belirlenebilecek, hastalıkların tanı ve tedavisinde yardımcı olunacaktır. Geliştirilen modeller ve proje süresince yapılacak analizler, beyin bilgisayar iletişimi çalışmalarında ihtiyaç duyulan, hangi beyin bölgelerinin ne kadar aktif olduğu bilgisini sağlaması açısından da katkı sağlayacaktır.