9-12 Nisan 2011 İstanbul Üniversitesi

 
 
 
 
 
KONFERANS 8 / CONFERENCE 8 
 
Applications of EEG-based brain computer interfaces for the control of electronic 
devices: The Rome experience 
 
Fabio Babiloni 
 
University of Rome Sapienza, Department of Physiology and Pharmacology, Rome, Italy 
 
Introduction: Brain Computer Interface (BCI) is a technology that allows to the users the capability to interact 
with devices by using the voluntary modulation of the brain activity 
Objectives:  The  aim  of  this  paper  is  to  analyze  whether  the  use  of  the  cortical  activity  estimated  from  non 
invasive  EEG  recordings  could  be  useful  to  detect  mental  states  and  how  this  technology  could  be  useful  in 
clinical applications.  It will review the 12 years of experience of the laboratory of Rome in BCI field. 
Methods: Estimation of cortical activity was performed on high resolution EEG data related to the imagination of 
limb movements and detection of P300 gathered in a group of normal healthy subjects by using realistic head 
models. Cortical activity was estimated in Region of Interest associated with the subject’s Brodmann areas by 
using depth-weighted minimum norm solutions. Comparisons between surface recorded EEG and the estimated 
cortical activity were performed. Subjects are asked to interact with different electronic devices of common use 
by using such BCI system.  
Results:  With  the  proposed  methodology  healthy  users  are  able  to  drive  several  mechanical  and  electronic 
devices  by  modulating  their  EEG  activity  related  to  motor  imagery.  BCI-based  P300  is  found  a  methodology 
easier  to  use  for  patients  than  motor  imagery  for  driving  devices.  Rehabilitation  tasks  in  patients  involving 
motor imagery could be checked by using BCI system. 
Conclusions: EEG recordings can be used to drive electronic and mechanical devices in healthy and in a group 
of patients. The presented approach could extend the possibility for a use of BCI system into the rehabilitation 
path for certain class of patients. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PANELLER / PANELS 

Paneller / Panels 
21 
 
Panel 1: 
Amiyotrofik Lateral Skleroz hastalığının gelişimi, genetiği ve 
geleceği 
Progress, genetics and future of Amyotrophic Lateral Sclerosis 
 
Amiyotrofik lateral sklerozun genetiği 
Genetics of amyotrophic lateral sclerosis 
 
Nazlı Başak 
 

Paneller / Panels 
22 
 
Panel 1
: 
Amiyotrofik Lateral Skleroz hastalığının gelişimi, genetiği ve 
geleceği 
Progress, genetics and future of Amyotrophic Lateral Sclerosis 
 
Kortikal gelişimin nörobiyolojisi 
 
Emel Ulupınar 
 
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Anatomi Anabilim Dalı, Eskişehir 
 
Eskişehir Osmangazi University, Medical School, Department of Anatomy, Eskişehir, Turkey 
 
Neokorteks  beynin  bilişsel  işletim,  duyusal  algılama  ve  motor  emirleri  oluşturma  gibi  yüksek  düzeydeki 
fonksiyonlarıyla  ilgili  bölümüdür.  Bu  özel  fonksiyonlar  başlıca  iki  tip  nöron  aracılığıyla  gerçekleşir:  tüm 
nöronların  yaklaşık  %80’lik  bir  kısmını  oluşturan  büyük  gövdeli,  uyarıcı  özellikteki  ve  glutamat  kullanarak 
nöronal  iletimi  sağlayan  projeksiyon  nöronları  ve  geriye  kalan  daha  küçük  gövdeli,  nöronal  iletimde  GABA 
kullanan, inhibe edici özellikteki lokal-devre ara nöronları. Ancak, bu iki ana başlık altında toparlanan nöronların 
aşırı  düzeydeki  çeşitliliği;  gelişmekte  olan  neokorteksteki  özgün  nöron  tiplerini  oluşturan  moleküler 
mekanizmaların aydınlatılmasını güçleştirmektedir. 
Son  zamanlarda,  anatomik  ve  fonksiyonel  çalışmaların  moleküler  ve  genetik  yaklaşımlarla  birleştirilmesi 
sayesinde;  spesifik  neokortikal  nöron  gruplarının  gelişim  süreçlerini  anlamada  çok  fazla  yol  kat  edilmiştir. 
Özellikle canlı görüntüleme teknikleri, farklı hücre tiplerinin genetik işaretleme ve izleme yöntemleriyle tespiti, 
gen düzeylerinin değiştirilmesini hedef alan deneyler, retrograd yolla işaretlenen hücrelerin ayıklama yöntemiyle 
saflaştırılması  ve  mikroarray  analizleri  gibi  güncel  gelişmeler;  farklı  gelişimsel  süreçleri  kontrol  eden  olası 
genlerin  varlığını  ortaya  çıkarmıştır.    Bu  konuşmada,  bu  farklı  yaklaşımlarla  elde  edilen  verilerin  ışığı  altında, 
kortikal  gelişimin  aşağıda  belirtilen  belli  başlı  evrelerinde  rol  oynayan  molekül  ve  mekanizmalar  gözden 
geçirilecektir:  
i.) nöral öncü hücrelerin çoğalması ve farklılaşması, 
ii.) kortikal kimliğin moleküler düzeyde belirlenmesi, 
iii.)kortikal nöronların radial göçü ve uygun tabakalardaki pozisyonlarına  
yerleşmesi, 
iv.) göç eden nöronların son farklılaşma evrelerini tamamlamaları.   
 
Neurobiology of cortical development 
 
The  neocortex  is  part  of  the  brain  involved  in  higher  order  functions  such  as  cognitive  processing,  sensory 
perception  and  generation  of  motor  commands.  These  specific  functions  are  accomplished  mainly  by  two 
classes  of  neurons:  ~80%  of  the  entire  neuronal  population  is  comprised  by  large  excitatory  projection 
neurons,  primarily  utilizing  glutamate  for  neurotransmission;  and  the  remaining  population  is  constituted  by 
smaller  inhibitory  local-circuit  interneurons,    primarily  utilizing  GABA  for  neurotransmission.  However,  a 
remarkable  diversity  of  these  two  broad  populations  complicates  the  unraveling  molecular  mechanisms  that 
govern unique neuronal types in the developing neocortex.  
Recently,  combination  of  anatomical  and  functional  studies  with  molecular  and  genetic  approaches  has 
tremendously enhanced our understanding of development of unique neocortical neuronal populations. Current 
advances  especially  in  live  imaging  techniques,  genetic  labeling  and  tracking  of  distinct  cell  types,  lineage 
tracing and gene targeting experiments, retrograde labeling followed by purification via fluorescence-activated 
cell  sorting  (FACS)  and  microarray  analysis  shed  light  on  candidate  genes  controlling  distinct  developmental 
processes.    In  this  talk,  by  providing  evidences  from  these  multiple  approaches,  molecules  and  mechanisms 
that play role in the following key cortical developmental events will be reviewed: 
i.) proliferation and differentiation of neural progenitors,  
ii.) molecular specification of cortical identities, 
iii.) radial migration of cortical neurons and laminar positioning, 
iv.) terminal differentiation of post-migratory neurons. 

Paneller / Panels 
23 
 
Panel 1
: 
Amiyotrofik Lateral Skleroz hastalığının gelişimi, genetiği ve 
geleceği 
Progress, genetics and future of Amyotrophic Lateral Sclerosis 
 
Understanding ALS and motor neuron degeneration 
 
P. Hande Özdinler 
 
Northwestern University, Department of Neurology, Feinberg School of Medicine, Chicago, USA 
 
Even  though  there  are  thousands  of  different  neuron  types  in  our  cerebral  cortex,  only  a  distinct  neuron 
population  show  vulnerability  and  progressively  degenerate.  The  upper  motor  neurons  are  the  cortical 
component of motor neuron circuitry that is affected in ALS, and their progressive degeneration, together with 
spinal motor neurons, results in paralysis in patients. We have developed approaches to label, isolate and purify 
upper motor neurons and generated transgenic reporter mouse models to further investigate the cell biology of 
upper  motor  neurons  in  relation  to  disease  progression  in  ALS.  Understanding  cellular,  molecular  and  genetic 
mechanisms  for  cell  type  specific  neuronal  vulnerability  will  enable  building  effective  treatment  strategies  for 
ALS  and  related  disorders.  Here,  I  will  introduce  novel  approaches  and  discuss  recent  findings  related  to 
potential motor neuron degeneration mechanisms in ALS. 

Paneller / Panels 
24 
 
Panel 2: 
Psikiyatrik hastalıklarda beyin görüntüleme 
Brain imaging in psychiatric diseases 
 
Obsesif kompulsif bozukluk hastalarında basit bir zihinsel imgenin kognitif 
kontrolü: Bir fMRG çalışması 
 
Orhan Murat Koçak
1
, Ayşegül Yılmaz
2
, Cem Atbaşoğlu
2,4
, Metehan Çiçek
3,4
 
 
1
Kırıkkale Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Psikiyatri Anabilim Dalı, Kırıkkale 
2
Ankara Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Psikiyatri Anabilim Dalı, Ankara 
3
Ankara Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Fizyoloji Anabilim Dalı, Ankara 
4
Ankara Üniversitesi, Beyin Araştırmaları Uygulama ve Araştırma Merkezi (BAUM), Ankara. 
 
1
Kırıkkale University, Faculty of Medicine, Psychiatry Department, Kırıkkale, Turkey 
2
Ankara University, Faculty of Medicine, Psychiatry Department, Ankara, Turkey 
3
Ankara University, Faculty of Medicine, Physiology Department, Ankara, Turkey 
4
Ankara University, Brain Research Center, Ankara, Turkey 
 
AMAÇ:  Obsesyonların  ortaya  çıkmasında  kognitif  kontrol  mekanizmalarındaki  sorunların  rolü  olduğu  ileri 
sürülmektedir. 
Bu 
çalışmada 
kognitif 
kontrol 
mekanizmalarının 
kullanımını 
gerektiren 
görevlerin 
gerçekleştirilmesi  sırasında  obsesif  bireylerle  ve  sağlıklı  kontroller  arasında  beyin  dinamiklerindeki  farklılıkların 
araştırılması amaçlanmıştır. 
GEREÇ  ve  YÖNTEM:  Obsesif  kompulsif  bozukluk  (OKB)  hastası  12  (6  erkek,  6  kadın)  ve  cinsiyet  ile  eğitim 
seviyesi  hasta  grubuyla  eşleştirilmiş  sağlıklı  12  (kontrol)  gönüllü  çalışmaya  alınmıştır  (tüm  bireyler  sağlaktı). 
Katılımcılar  fonksiyonel  manyetik  rezonans  görüntüleme  (fMRG)  sırasında  5  görev  gerçekleştirdi:  İmgeleme, 
baskılama,  silme,  serbest  imgeleme  ve  dinlenim.  Kognitif  kontrol  görevi  spesifik  olmayan  geometrik  bir  şekil 
içeren bir A4 kağıdı içeriyordu. 
BULGULAR:  OKB  grubu  sağ  inferior  paryetal  lob,  posteriyor  singulat  korteks  ve  superior  frontal  girusta 
kontrollere göre daha az aktivasyon gösterdi. Tüm katılımcılarda görevler sol insular korteksde farklı aktiviteye 
neden oldu. Öte yandan OKB grubunun serbest imgeleme (kontrol görevi) sırasındaki beyin aktivitesi posteriyor 
singulat korteks ve superior frontal girusta kontrol grubuna göre daha yüksek bulundu. 
SONUÇ:  OKB  hastalarındaki  temel  sorun,  kognitif  kontrol  gerektiren  görevler  sırasında,  sağ  fronto-paryetal 
nöral ağları aktive etmede zorluk olabilir ve bu obsesif düşüncelerin ısrarcı karakterine yol açabilir. 
 
Anahtar  Kelimeler:  Obsesif kompulsif  bozukluk  (OKB),  Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme  (fMRG), 
Kognitif kontrol 
 
Çalışma  etik  kurul  onayı  almıştır.  Sunulan  çalışma  Beyin  Araştırmaları  Derneği  ve  Türk  Psikiyatri  Derneği 
tarafından desteklenmiştir. 
 
Cognitive control of a simple mental image in patients with obsessive-
compulsive disorder: An fMRI study 
 
OBJECTIVES: Impaired cognitive control mechanisms are suggested to be playing a role in the occurrence of 
obsessions. We aimed to investigate the differences in brain dynamics between obsessive individuals and non-
obsessive controls while performing tasks that necessitate involvement of cognitive control mechanisms.  
MATERIALS  &  METHODS:  The  study  included 12 right-handed  (6  male  and 6 female) obsessive  compulsive 
disease  (OCD)  patients  and  12  right-handed  volunteers  matched  for  gender  and  level  of  education  (control). 
The  participants  performed  5  tasks  while  undergoing  functional  magnetic  resonance  imaging  (fMRI): 
imagination, suppression, erasing, free-imagination, and resting. The content of the cognitive control tasks was 
an A4 sheet of paper that contained a non-specific geometric shape. 
RESULTS:  The  OCD  group  had  significantly  less  activity  in  the  right  inferior  parietal  lobe  (IPL),  posterior 
cingulate cortex (PCC), and superior frontal gyrus (SFG) than did the control group. Tasks engaged differential 
activity  in  the  left  insular  cortex  (IC)  in  all  the  participants.  On  the  other  hand,  the  brain  activity  of  the OCD 
group during the free-imagination task (control task) was significantly higher than those of control group in the 
PCC and SFG.   
CONCLUSION: The main problem of OCD patients might be the difficulty in activating the right fronto-parietal 
networks  during  tasks  that  require  cognitive  control,  which  might  result  in  the  intrusiveness  of  obsessive 
thoughts.  
 
Keywords: Obsessive-compulsive disorder, fMRI, Cognitive control 
 
This study was approved by the local ethics committee. The presented study was supported by Brain Research 
Society and by Turkish Psychiatry Society. 

Paneller / Panels 
25 
 
Panel 2: 
Psikiyatrik hastalıklarda beyin görüntüleme 
Brain imaging in psychiatric diseases 
 
Bipolar bozukluk endofenotip araştırmalarında yeni bir araç: Difüzyon tensor 
görüntüleme 
 
Ali Saffet Gönül  
 
Ege Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Psikiyatri Anabilim Dalı, SoCAT LAB, İzmir 
 
Ege University, School of Medicine, Department of Psychiatry, SoCAT LAB, Izmir, Turkey 
 
 
Bipolar  Bozukluk  toplumun  yaklaşık  %1’ini  etkileyen  yaygın  bir  psikiyatrik  hastalıktır.  Hastalık  genellikle  genç 
yaşlarda  başlar  ve  alevlenmeler  ve  remisyon  dönemleri  ile  bir  ömür  boyu  devam  eder.  Hastalığın,  hasta 
ailelerinde  daha  sık  görüldüğü  ve  genetik  bir  geçişi  olduğu  kabul  edildiği  halde  hastalığa  yol  açan  genler  ve 
geçiş  yolları  net  olarak  tespit  edilememiştir.  Bu  çalışmaların  önemli  bir  eksikliği  yatkılığa  yol  açan  ama  aile 
içinde  etkilenmemiş  bireylerde  de  olan  genleri  yöntemsel  nedenler  ile  tespit  edemiyor  olmalarıdır.  Bu 
dezavantajı aşmak için endofenotip kavramı ileri sürülmüştür.  Endofenotipler, genetik bağlantıları olan biyolojik 
belirleyicilerdir.  Aile  bireyleri  arasında  endofenotipik  özellikler  daha  asık  görülmektedir  ve  hastalık  durumdan 
bağımsız olarak izlenmektedirler.  
Son yıllarda bilim adamları beyin görüntüleme yöntemleri kullanarak işlevsel ve yapısal biyolojik işaretleyiciler 
aramaya başlamışlardır. Ancak, bu biyolojik belirleyiciler genellikle hasta ve kontrol gruplarının karşılaştırılması 
sonucunda elde edilmektedir ve endofenotip adayı olamamaktadırlar. Bu nedenle endofenotip adayı işaretleyici 
aramak amacı ile SoCAT Lab’da yaptığımız araştırmamızda çalışma gruplarına hastaların sağlıklı kardeşlerini de 
dahil  ettik.  Bu  sayede,  elde  edilecek  biyolojik  belirleyicilerin  genetik  özelliklerinden  emin  olunabilecektir.  
Çalışmamızda  yeni  bir  beyin  görüntüleme  yöntemi  olan  Difüzyon  Tensor  Görüntüleme  (DTG)  yöntemni  tercih 
ettik. DTG, myelin kılıfına sahip ve beyindeki merkezleri birbirine bağlayan yolakların yapısal bütünlüğünü test 
etme  konusunda  bize  yardımcı  bir  tekniktir.  Bu  çalışmada  ileri  bir  yöntem  olan  “Tract  based  Spatial  Statics” 
kullandık.  
 
Anahtar Kelimeler: Bipolar bozukluk, Endofenotip, Difüzyon tensör görüntüleme
 
 
Diffusion tensor imaging: A new tool for endophenotype research in bipolar 
disorder 
 
Bipolar  Disorder  is  one  of  the  most  common  psychiatric  disorder  affecting  nearly  1%  of  total  population. 
Disease starts at early ages and generally shows relapses and remissions thorough out the life. It is known that 
the disease is more prevalent among the relatives of the patients suggesting a genetic transmission. However, 
genetic studies did not reach significantly showed clear results about the genetic etiology of the disease. One 
caveat of these studies that non-affected members of the family might have the susceptibility genes but do not 
show the disease symptoms. To overcome this problem, many researchers focused on endophenotypes of the 
disease.  Endophenotypes  are  biological  markers  with  a  clear  genetic  connection.  They  are  primarily  state-
independent (manifests in an individual whether or not illness is active) and are within families, endophenotype 
and illness co-segregate. 
In recent years, scientist started to use neuroimging to figure out biological markers of the disease. However, 
these  markers  were  results  of  group  comparison  and  far  from  being  endophenotype.  Therefore,  we  included 
non-affected  family  members  as  a  third  group  in  our  research  at  SoCAT  LAB,  Izmir,  to  investigate  possible 
endophenotypes  by  a  new  neuroimaging  tool,  Diffusion  Tensor  Imaging  (DTI).  DTI  helps  us  to  evaluate  the 
structural  integrity  myelin  pathways  which  interconnect  different  centers  in  the  brain.  We  used  Tract  Based 
Spatial Statics, an advanced technique for group comparisons.  
 
Keywords: Bipolar disorder, Endophenotype, Diffusion tensor imaging 

Paneller / Panels 
26 
 
Panel 2:  
Psikiyatrik hastalıklarda beyin görüntüleme 
Brain imaging in psychiatric diseases 
 
Anterior singulatın rostral bölgesi: Nörogörüntüleme bulgularının majör 
depresyon kapsamında yeniden değerlendirilmesi 
 
Didem Gökçay 
 
ODTÜ, Enformatik Enstitüsü, Tıp Bilişimi Bölümü, Ankara 
 
METU, Informatics Institute, Department of Medical Informatics, Ankara, Turkey 
 
Major depresyon (MD) tanılı hastalarda yapılan kognitif ve emosyonel deneylerde normal populasyona göre pek 
çok davranışsal, metabolik ve nörofizyolojik farklılıklar gözlenmektedir. Ayrıca son yıllarda dinlenme durumunda 
yapılan nörogöruntüleme çalışmalarında da ilaçlı/ilaçsız hastalar ve normal denekler arasında gıyabi ağ (default 
network)  farklılıkları  saptanmıştır.  Öte  yandan  uzunca  bir  süredir  MD’li  bireylerdeki  nöroanatomik  değişiklikler 
incelenmiş  olup,  hipokampus,  amigdala  ve  anterior  singulat  (ACC)  bölgelerindeki  hacim  azalması  literatürde 
yeralmaktadır.  Depresyon  hastalığında  gözlenen  anatomik  ve  fonksiyonel  farklılıklar,  ACC’nin  rostral  bölgesi 
özelinde değerlendirildiğinde emosyonel davranış ile ilgili önemli saptamalar yapılabilir. 
Anterior singulat bölge, pek çok prefrontal ve limbik alanla bağlantıları olan, özellikle çelişki çözümleme, cevap 
inhibisyonu ve hedefe yönelik davranışsal işlevlerde üst-düzey kognitif görevler üstlenen bir yapıdır. ODTU’deki 
METUNEURO laboratuvarımızda son 5 yıldır ACC’nin alt bölgelerinin yapısı ve işlevleri anatomik ve fonksiyonel 
nörogörüntüleme  teknikleri  ile  MR  verileri  kullanılarak  araştırılmaktadır.  ACC  hacmi,  korteks  alanı  ve  korteks 
kalınlığı,  dorsal,  rostral  ve  ventral  ACC  alt-bölgelerinde  ayrıntılı  çizimler  ile  birlikte  hesaplanmaktadır.  ACC’de 
lokalize olan çelişki çözümleme işlevi ise özel olarak geliştirilmiş emosyonel kelime işlemleme içeren bir Stroop 
deneyi  ile  olaya-ilişkin  fMRG  paradigması  kullanılarak  incelenmektedir.  Prefrontal  alanda  yeralan  normatif  ve 
bilinçüstü  emosyonel  süreçler,  geliştirmiş  olduğumuz  paradigma  sayesinde  kısmi  olarak  anterior  singulat 
üzerinde  gözlemlenebilmektedir.  Bulgularımız  literatürle  birleştiğinde  depresyonda  rostral  ACC’nin  önemi  daha 
açık bir şekilde ortaya çıkmaktadır. 
 
Anahtar Kelimeler: Major depresyon, Anterior Singulat, Nörogörüntüleme 
 
The rostral area of the anterior cingulate: An evaluation of neuroimaging 
findings within the scope of major depression disorder 
 
Several  behavioral,  metabolic  and  neurophysiologic  differences  are  observed  in  the  cognitive  and  emotional 
experiments  performed  on  the  Major  Depression  (MD)  population.  In  addition,  some  recent  resting  state 
neuroimaging  studies  on  medicated/unmedicated  patients  versus  normal  controls  also  revealed  differences  in 
the default mode network. On the other hand, within the last decade, volumetric reductions of neuroanatomical 
structures such as hippocampus, amygdala and anterior cingulate (ACC) in the MD population have also been 
reported  in  the  literature.  When  the  anatomical  and  functional  changes  in  the  MD  population  is  considered 
within the context of the rostral ACC, important deductions can be made regarding to emotional behaviour. 
The  anterior  cingulate  cortex  (ACC)  is  a  structure  which  is  connected  to  several  prefrontal  and  limbic  areas, 
while  assuming  a  pivotal  role  in  high  order  executive functions  such  as  conflict  resolution,  response  inhibition 
and goal-oriented behaviour. Within the past 5 years, we have been investigating the structure and function of 
the sub-components of the ACC using MR data, in the METUNEURO laboratory situated at METU. The volume, 
cortical  thickness,  cortical  surface  area  of  the  dorsal,  rostral  and  ventral  ACC  are  being  calculated  along  with 
precise  anatomical  tracings.  The  emotional  conflict  resolution  function  localized  in  the  ACC  is  being  studied 
through  a  newly  developed  event-related  fMR  Stroop  task  which  involves  emotional  word  processing.  The 
normative  and  conscious  emotional  processes  centered  in  the  prefrontal  cortex  are  partially  observed  on  the 
ACC  through  this  task.  When  we  merge our findings with  the  current  literature,  the  importance  of  the rostral 
ACC in MD is clearly revealed.