İnsan beyni, farklı bölgeler arasında sürekli yönlü etkileşimler zaman içinde değişkenlik gösterir ve bu dinamikler farklı beyin durumlarıyla ilişkilidir. Özellikle üst düzey bilişsel bölgelerden duyusal bölgelere yönelen top-down (üstten alta) bilgi akışı ile duyusal bölgelerden daha yüksek düzey merkezlere yönelen bottom-up (alttan üste) bilgi akışı, beynin çevresel uyaranları işlemesi ve içsel bilişsel süreçleri sürdürmesi açısından temel öneme sahiptir. Ancak bu iki yönlü bilgi işleme biçiminin gerçek zamanlı olarak nasıl değiştiği ve farklı beyin durumlarıyla nasıl ilişkilendiği uzun süredir tam olarak açıklanamamıştır.
Bu soruya yanıt arayan araştırmacılar, Relative Phase Analysis (RPA; göreli faz analizi) adı verilen yeni bir yöntem geliştirmiştir. RPA, beyin dalgaları arasındaki faz önde-olma ve faz geride-olma ilişkilerini kullanarak yönlü beyin dinamiklerini gerçek zamanlı olarak incelemeyi amaçlamaktadır. Çalışmanın temel hedefi, beynin top-down ve bottom-up bilgi işleme modları arasında nasıl geçiş yaptığını ortaya koymak ve bu geçişlerin bilinç düzeyi, bilişsel ağ etkinliği ve dikkat eksikliği hiperaktivite bozukluğu (DEHB) gibi nöropsikiyatrik durumlarla ilişkisini değerlendirmektir.
Araştırmada elektroensefalografi (EEG; beynin elektriksel aktivitesini ölçen yöntem) verileri üzerinde RPA uygulanmıştır. Genel anestezi sırasında farklı bilinç düzeylerinden elde edilen EEG kayıtları analiz edilmiş, ayrıca eş zamanlı EEG-fMRI (fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme) verileri kullanılarak faz dinamiklerinin beyin ağlarıyla ilişkisi incelenmiştir. Bunun yanında dikkat eksikliği baskın DEHB alt tipine sahip bireylerin EEG kayıtları sağlıklı kontrol grubuyla karşılaştırılmıştır. Elde edilen bulguların altında yatan mekanizmaları değerlendirmek amacıyla insan beyninin yapısal bağlantı ağı üzerinde çalışan bir bağlı osilatör (birbirleriyle etkileşen ritmik sistemler) modeliyle bilgisayar simülasyonları da gerçekleştirilmiştir.
Analizler, insan beyninin yaklaşık her 200 milisaniyede iki baskın mod arasında sürekli geçiş yaptığını göstermiştir. Top-down modda anteriorbölgeler posteriorbölgelere göre faz açısından önde bulunurken, bottom-up modda bunun tersi gözlenmiştir. Bu geçişler bilinçli durumda en belirgin düzeyde ortaya çıkmış, anestezi altında bilinç azaldıkça düzenli örüntüler zayıflamış ve daha rastlantısal bir yapı göstermiştir. EEG-fMRI analizleri, top-down modun Varsayılan Mod Ağı (Default Mode Network, DMN) ve Fronto-Parietal Ağ gibi yüksek düzey bilişsel ağların etkinliğiyle ilişkili olduğunu göstermektedir. Buna karşılık bottom-up modun görsel ve dikkat ağlarının etkinliğiyle bağlantılı olduğu belirlenmiştir. DEHB dikkat eksikliği baskın alt tipine sahip bireylerde ise top-down yönlülükle ilişkili örüntülerin daha düşük, bottom-up yönlülükle ilişkili örüntülerin ise daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Ayrıca RPA tabanlı tanısal sınıflandırma modelinin, geleneksel Theta/Beta Oranı yöntemine göre daha yüksek performansı gösterdiği bildirilmiştir (ROC-AUC değerleri sırasıyla 0,76 ve 0,62).Çalışma, beynin farklı bilinç ve biliş durumlarını ayırt eden temel özelliklerden birinin top-down ve bottom-up bilgi işleme modları arasındaki hızlı dalgalanmalar olabileceğini ortaya koymaktadır. RPA yöntemi, bütün-beyin dinamiklerini gerçek zamanlı olarakincelemeye yönelik yeni bir çerçeve sunarken, bilinç, biliş ve nöropsikiyatrik durumların araştırılmasında kullanılabilecek yeni analiz olanakları için potansiyel taşımaktadır. . Ayrıca yapısal beyin ağı üzerinde gerçekleştirilen simülasyonlar, bu yönlü modların ve modlar arası geçişlerin beyin bölgeleri arasındaki etkileşimlerden doğal olarak ortaya çıkabileceğine işaret etmektedir.
Yazar: Özsu Deniz BALKAYA
Editör: Damla ÖZDEMİR
Referans: Park, Y., Cha, Y., Kim, H., Kim, Y., Woo, J. H., Cho, H., et al. (2025). Sub-second fluctuation between top-down and bottom-up modes distinguishes diverse human brain states. bioRxiv. https://doi.org/10.1101/2025.03.12.642768
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
