Anlamsal kategorizasyonda anlamsal uzaklığın nöral aktivite, GABA/glutamat dengesi ve pupil yanıtıyla ilişkisi
The relationship between semantic distance in categorization and neural activity, GABA/glutamate balance, and pupillary response
- Tez No: 990886
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜR AYDIN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Dilbilim, Linguistics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ankara Üniversitesi
- Enstitü: Sağlık Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Sinir Bilimleri Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Sinirbilim Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Anlamsal temsillerin nöral izlerinin birbirlerine benzerliklerine göre düzenlenen bir ağ yapısına şeklinde organize olduğu ve temsiller arasında seçim ve rekabetin düzenlenmesinde GABAerjik inhibisyonun rol oynadığı düşünülmektedir. Buna karşın bu hipotez nörogörüntüleme çalışmaları ile yeterince sınanmamıştır. Bu tez çalışmasında hazırlama paradigması kullanılarak hazırlayıcı ve hedef sözcüklerin kateogori düzeyinde ve kategori içinde anlamsal açıdan benzerliklerinin kategorizasyon sırasında beyin yanıtı ve pupil yanıtı ile ilişkisi araştırılmıştır. Aynı zamanda kortikal ve pupil yanıtları ile manyetik rezonans spektroskopi (MRS) ölçümlerinden elde edilen GABA ve glutamat düzeyleri arasındaki ilişkiler araştırılmıştır. Eş zamanlı fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRG) ve pupillometri ölçümü sırasında uygulanan deneyde hazırlayıcı ve hedef uyaranların kategorisi (alet/hayvan) ve bunların kategorik açıdan uyumluluğuna (uyumlu/uyumsuz) göre 4 koşul mevcuttur. Öncelikle deneyde kullanılacak sözcük uzunluğu, sözcük sıklığı ve ortografik benzerlik açısından koşullar arasında fark olmayacak şekilde uyaran seçimi yapılmıştır. Uyaran setlerinin oluşturulmasının ardından nörogörüntüleme aşamasına dahil edilmeyen, sözcük başına 25-38 sağlıklı katılımcı tarafından alet ve hayvan sözcükleri için anlamsal özellik anketleri doldurulmuştur. Elde edilen yanıtlara göre oluşturulan anlamsal vektörler arası öklid mesafeleri hesaplanarak hazırlayıcı ve hedef sözcükler arasındaki anlamsal mesafeler elde edilmiştir. Nörogörüntüleme aşamasına ise 44 sağlıklı katılımcı (26 kadın, yaş = 22.71 ± 3.4 yıl) dahil edilmiştir. Bu aşamada aralarında 1-7 gün bulunacak şekilde fMRG ve MRS çekimleri uygulanmıştır. Deney sırasımda katılımcılardan hazırlayıcı uyaranı (65 ms) takip eden hedef uyaranı (500 ms) kategorize etmeleri istenmiştir. fMRG sırasında eş zamanlı pupil yanıtları ölçülmüştür. MRS ile MEGA-PRESS sekansı kullanılarak sol inferior frontal girus (IFG), sol anterior temporal lob (ATL) ve sol inferior pariyetal lobül (IPL) GABA ve Glx (glutamat+glutamin) değerleri elde edilmiştir. Reaksiyon zamanı (RZ), doğruluk ve pupil analizleri R 4.4.1 programı ile lineer karma etkiler modele göre analiz edilirken, nöral aktivite ile anlamsal mesafe, pupil yanıtı, ortografik mesafe, hedef sözcüğün değerlik, uyarıcılık ve tanınırlığı arasındaki ilişkiler parametrik modülasyon (PM) analizleri ile değerlendirilmiştir. Pupil yanıtı için PM analizi öncesinde yanıt penceresi (3000 ms) 500 ms'lik aralıklara bölünmüş ve bu aralıklardaki ortalama pupil değerlerinden oluşan pupil zaman serisi ile konvolv edilen fMRG zaman serisinin çoklu regresör olarak sokulduğu modele her deneme için ortalama düzeltilmiş pupil yanıtı modülatör olarak dahil edilmiştir. fMRG analizlerinde SPM12, MRS verilerinin işlenmesinde LCModel kullanılmuştır. Uyumsuz koşulda hata oranı daha yüksek bulunurken, RZ ve pupil yanıtı açısından durumlar arasında anlamlı fark bulunmamıştır. Semantik mesafenin pupil yanıtı, RZ ve hata oranı üzerine etkisinin olmadığı görülmüştür. Nörogörüntüleme bulguları uyumsuz koşulda sol superior frontal girus, sol premotor alan, sol frontal görme alanı ve sol IFG, pars triangularis (IFG-Tri) bölgelerinde artmış aktiviteye işaret ederken, uyumlu koşulda sağ precuneusta daha yüksek aktivite gözlenmiştir. PM analizlerinde uyumlu koşulda semantik mesafenin sol IFG-Tri ve sağ supplementer motor alan aktivitesiyle ilişkili olduğu bulunmuştur. Pupil yanıtı ve kortikal aktivite ilişkisinin gösterildiği diğer bölgeler incelendiğinde sol primer görme alanı, bilateral middle temporal girus, sağ IFG, pars opercularis ve IFG-Tri aktiviteleri sadece uyumlu koşulda pupil yanıtıyla ilişkili bulunmuştur. Sadece uyumsuz koşulda ise pupil yanıtı ile sağ premotor alan, sol supplementer motor alan, sağ fusiform girus, bilateral primer somatosensoryel korteks, sağ sekonder görme alanı ve sol IPL aktiviteleri arasında anlamlı ilişki saptanmıştır. RZ ve hata oranı ile GABA ve Glx değerleri arasında uyumlu koşulda herhangi bir korelasyon saptanmazken, uyumsuz koşuldaki hata oranı ile IFG Glx düzeyi arasında negatif korelasyon ortaya konmuştur. Yaş ve cinsiyet etkisi kontrol edilerek yapılan parsiyel korelasyon analizlerinde uyumlu koşulda ATL yüzde sinyal değişimi ile ATL GABA düzeyi arasında negatif yönde anlamlı korelasyon bulunmuştur. Ek olarak uyumlu koşulda pupil yanıtı ile IFG GABA/Glx oranı arasında negatif yönde, IPL GABA/Glx oranı ile pozitif yönde V korelasyon saptanmıştır. Uyumsuz koşulda daha yüksek hata oranı ve artmış IFG-Tri aktivitesine ek olarak anlamsal mesafe ile IFG-Tri aktivitesi arasındaki pozitif yöndeki ilişki hem kategori düzeyinde hem de kategori içinde anlamsal açıdan uzak temsiller arasındaki çatışma çözümünün anlamsal işlemlemeyi zorlaştırdığına işaret etmektedir. Çalışmamız bir anlamsal hazırlama paradigmasında anlamsal mesafenin nicelleştirilerek nöral aktivite ve pupil yanıtı ile ilişkisinin ve bu ilişkilerde GABA ve glutamatın rolünün araştırıldığı ilk çalışmadır. Bununla birlikte bulgularımız sol IFG-Tri'nin anlamsal açıdan çatışma çözümündeki rolüne işaret eden tutarlı literatür bilgisiyle uyumludur. Bulgularımız aynı zamanda pupil yanıtının anlamsal işlemlemedeki nöral süreçler için bir gösterge olarak kullanılabileceğine işaret etmektedir. Çalışmanın en özgün bulgularından biri uyumsuz koşulda artan işlemleme zorluğunda duyusal özelliklere erişimin daha önemli olduğuna işaret edecek pupil yanıtı-kortikal aktivite ilişkilerini ortaya koymasıdır. Uyumlu koşulda ise soyut anlamsal işlemleme ile ilişkilendirilen bölgelerde pupil yanıtının modülatör etkisi gözlenmiştir. Ek olarak bulgularımız yakın temsillerden oluşan uyumlu koşulda ATL GABA'nın anlamsal rekabetin çözümünde rol oynayabileceğine işaret etmektedir. Sonuçlar yorumlanırken MRS'nin statik değerleri ölçen bir yöntem olduğunu göz önünde bulundurmak gerekir. Sonuç olarak çalışmamız soyut sembolik işlemleme sistemi ile duyusal-motor özelliklerin kodlandığı sistemin anlamsal işlemlemeye katılımının görev zorluk düzeyine göre değişebileceğine işaret etmektedir. Fonksiyonel MRS, TMS ve fMRG yöntemlerinin birlikte kullanıldığı hazırlama paradigmasına dayalı ileri çalışmaların anlamsal yakınlık etkisinin nöral işlemleme üzerindeki etkisinin karmaşık mekanizmalarının aydınlatılmasında değerli olacağı düşünülmüştür.
Özet (Çeviri)
Semantic representations are thought to be organized in a network structure based on the similarity of their neural signatures, with GABAergic inhibition playing a role in regulating selection and competition between representations. However, this hypothesis has not been sufficiently tested with neuroimaging methods. In this thesis, a priming paradigm was used to investigate how the categorical and within-category semantic similarity between prime and target words relates to brain responses and pupil responses during categorization. In addition, the relationships between cortical and pupil responses and GABA and glutamate levels measured with magnetic resonance spectroscopy (MRS) were examined. The experiment involved four conditions defined by the category of the prime and target stimuli (tool/animal) and their categorical congruency (congruent/incongruent), during simultaneous functional magnetic resonance imaging (fMRI) and pupillometry. Prior to the experiment, stimuli were selected such that word length, word frequency, and orthographic similarity did not differ across conditions. After creating the stimulus sets, semantic feature surveys were collected for tool and animal words from 25–38 healthy participants per word, who were not included in the neuroimaging sample. Semantic vectors were generated from these responses, and Euclidean distances between vectors were computed to obtain semantic distances between prime and target words. Forty-four healthy participants (26 female; age = 22.71 ± 3.4 years) took part in the neuroimaging session. fMRI and MRS scans were acquired 1–7 days apart. During the experiment, participants categorized the target stimulus (500 ms) following the prime (65 ms). Pupil responses were measured simultaneously with fMRI. Using the MEGA-PRESS sequence, GABA and Glx (glutamate + glutamine) concentrations were obtained from the left inferior frontal gyrus (IFG), left anterior temporal lobe (ATL), and left inferior pariyetal lobule (IPL). Reaction time (RT), accuracy, and pupil data were analyzed in R 4.4.1 using linear mixed-effects models. Relationships between neural activity and semantic distance, pupil response, orthographic distance, and the valence, arousal, and familiarity of the target word were assessed using parametric modulation (PM) analyses. For the pupil PM analysis, the 3000 ms response window was divided into 500 ms segments, and the average pupil values within each segment were convolved with the fMRI time series to create multiple regressors. Trial-wise mean-corrected pupil response was included as a modulator. fMRI analyses were performed in SPM12, and MRS data were processed using LCModel. Error rates were higher in the incongruent condition, whereas RT and pupil responses did not differ significantly across conditions. Semantic distance did not affect pupil response, RT, or error rate. Neuroimaging results showed increased activity in the left superior frontal gyrus, left premotor area, left frontal eye field, and left IFG pars triangularis (IFG-Tri) in the incongruent condition, whereas the congruent condition elicited greater activity in the right precuneus. PM analyses revealed that, in the congruent condition, semantic distance was associated with activity in the left IFG-Tri and right supplementary motor area. Regarding regions showing a relationship between pupil responses and cortical activity, left primary visual cortex, bilateral middle temporal gyrus, and right IFG, pars opercularis and IFG-Tri activity were associated with pupil responses only in the congruent condition. In contrast, in the incongruent condition, pupil responses were significantly related to activity in the right premotor area, left supplementer motor area, right fusiform gyrus, bilateral primary somatosensorial cortex, right secondary visual area, and left IPL. No correlations were found between RT or error rate and GABA or Glx levels in the congruent condition, whereas error rate in the incongruent condition was negatively correlated with IFG Glx levels. After controlling for age and VII gender, partial correlations revealed a negative association between ATL percent signal change and ATL GABA in the congruent condition. Additionally, pupil response was negatively correlated with the IFG GABA/Glx ratio and positively correlated with the IPL GABA/Glx ratio in the congruent condition. Higher error rates and increased IFG-Tri activity in the incongruent condition, along with the positive relationship between semantic distance and IFG-Tri activity, indicate that resolving conflict between semantically distant representations—both across and within categories—places greater demands on semantic processing. This study is the first to quantify semantic distance within a semantic priming paradigm and examine its relationship with neural activity, pupil responses, and the role of GABA and glutamate in these processes. The findings also align with the literature highlighting the role of left IFG-Tri in semantic conflict resolution. Furthermore, our results suggest that pupil responses may serve as an indicator of neural processes underlying semantic processing. One of the most distinctive findings is that, in the incongruent condition, increased processing difficulty was accompanied by pupil–cortical activity relationships indicative of greater reliance on sensory features. In contrast, in the congruent condition, pupil responses modulated activity in regions associated with more abstract semantic processing. Our results also suggest that ATL GABA may play a role in resolving semantic competition among closely related representations in the congruent condition. These findings should be interpreted with the understanding that MRS measures static metabolite levels. Overall, the study suggests that the engagement of sensory–motor and abstract symbolic systems in semantic processing varies with task difficulty. Future priming-paradigm studies combining functional MRS, TMS, and fMRI may help elucidate the complex mechanisms through which semantic proximity influences neural processing.
Benzer Tezler
- Portrayals of love and lovers in translations of popular songs: Turkish popular music's translation into / from English and Arabic
Popüler şarkıların çevirilerinde aşkın ve aşıkların tasvirleri: Türk popüler müziğinin Arapça ve İngilizceye / Arapça ve İngilizceden çevirisi
İBRAHİM MERCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mütercim-Tercümanlıkİstanbul 29 Mayıs ÜniversitesiÇeviribilim Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SENEM ÖNER BULUT
- Investigation of grammatical and lexical errors in three different level Turkish EFL learners' spoken corpus
İngilizceyi yabancı dil olarak öğrenen üç farklı seviyedeki Türk öğrenicilerin sözlü İngilizcesi derlemindeki dilbilgisel ve sözcüksel hataların araştırılması
ECE GENÇ YÖNTEM
Doktora
İngilizce
2019
Eğitim ve ÖğretimYeditepe Üniversitesiİngiliz Dili Eğitimi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EVRİM EVEYİK AYDIN
- Prediction of COVID 19 disease using chest X-ray images based on deep learning
Derin öğrenmeye dayalı göğüs röntgen görüntüleri kullanarak COVID 19 hastalığının tahmini
ISMAEL ABDULLAH MOHAMMED AL-RAWE
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolGazi ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADEM TEKEREK
- Patentlenebilirlik tespiti üzerine bir anlamsal benzerlik modeli geliştirilmesi
Development of a semantic similarity model for patentability assessment
AHMET KAYAKÖKÜ
Doktora
Türkçe
2024
Yönetim Bilişim SistemleriGazi ÜniversitesiYönetim Bilişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ASLIHAN TÜFEKCİ
- Mimaride köşe binaların anlamının kullanıcı algısı üzerinden okunması için bir yaklaşım önerisi
An approach proposal to read the meaning of corner buildings in architecture through user perception
NUR YILMAZ