Sinirbilimde Mikroskopi - Histokimya, İmmünhistokimya ve Elektron Mikroskobik Düzeyde İnceleme Yöntemleri
Tam gün olarak önerilen bu kursun ilk bölümünde sinirbilimde kullanılan ışık mikroskobu düzeyindeki yöntemler, histokimya ve immünhistokimya teorik olarak anlatılacak ve takiben kesit alma ve boyama yöntemleri pratik olarak kurs katılımcılarına gösterilecektir.
İkinci bölümde ise geçirimli elektron mikroskopik yöntemleri ve immünelektron mikroskopisi (immüngold metodu) katılımcılara teorik olarak anlatılacak ve takiben doku örnekleri geçirimli elektron mikroskopunda incelenecektir.
SPM Kursu: Temel İMRG ve Etkin Bağlantısallık Analizleri
İşlevsel Manyetik Rezonans Görüntüleme (İMRG), kan oksijenlenme değişimi üzerinden beynin belirli görevler sırasında aktive olan bölgelerini izlemeye olanak sağlayan, son 30 yılın en önemli nörogörüntüleme tekniklerindendir. iMRG ile elde edilen verilerden beyin fonksiyonlarına ilişkin çıkarım yapabilmek için, verilerin bir dizi analiz basamağından geçirilmesi gerekmektedir. MATLAB ile birlikte çalışan SPM12 programı, iMRG analizi konusunda en yaygın kullanılan araçtır.
iMRG yöntemi bir beyin işlevi ile ilgili bölgeleri ortaya koyabileceği gibi, bu bölgelerin bir devre (network) şeklinde nasıl birlikte çalıştığını yani bağlantısallığını incelemeye de olanak sağlar. Bağlantısallık türlerinden olan etkin bağlantısallık yöntemleri, beyin işlevi sırasında, bir beyin bölgesinin diğeri üzerindeki etkisini açıklamayı amaçlar. Başka bir deyişle bu yöntemler, nöral devrelerin nasıl çalıştığını nedensel ilişki ile birlikte inceler. SPM12 programı yardımı ile yapılabilen Psikofizyolojik Etkileşim (PPI) ve Dinamik Nedensel Modelleme (DCM) etkin bağlantısallık yöntemlerindendir. PPI yöntemi iki beyin bölgesi aktivasyonları arasında, görevle birlikte güçlenen korelasyon üzerinden görevle ilgili bağlantıları ortaya koyar. DCM ise bir görevden sorumlu nöral devreyi detaylı bir şekilde açıklamaya çalışan alternatif devre modellerinin arasından istatistiksel olarak en uygununu seçmeyi amaçlar.
Meta-analiz, literatürde raporlanmış sonuçları bir araya getiren yüksek kanıt düzeyli istatistiksel bir yöntemdir. Görüntüleme çalışmalarının meta-analizinde en sık kullanılan ALE yöntemi, literatürde raporlanmış aktivasyon pik koordinatlarını bir araya getirerek ortak bir aktivasyon olasılığı haritası verebilir. Bu yöntem sayesinde, net bir araştırma sorusu ve iyi seçilmiş makalelerle güçlü sonuçlara ulaşılabilir.
Kurs kapsamında iMRG yönteminin temelleriyle ilgili bir giriş yapıldıktan sonra, standart iMRG analizi konusunda teorik bilgiler verilecek; SPM12 kullanılarak örnek bir veri seti üzerinde birey ve grup analizlerinin demonstrasyonu yapılacaktır. Benzer şekilde PPI ve DCM yöntemleri hakkında da teorik temeller anlatılacak ve yine SPM12 yardımıyla bu yöntemlerin nasıl kullanıldığı gösterilecektir. Son olarak ALE programı demonstre edilerek meta-analiz yöntemi hakkında bilgi verilecektir.
Merkezi Sinir Sistemi Klinik Anatomisi: Kadavra, Maket ve Üç Boyutlu Yöntemle Yaklaşım
Kursun amacı katılımcılara merkezi sinir sistemi yapılarının anatomisi ve klinik nöroanatomi ile ilgili temel bilgileri kadavra, maket ve üç boyutlu yöntemlerle katılımcılara kazandırmaktır.
Kurs akışı:
Merkezi sinir sistemi yapıları ve bu yapılarla ilişkili hastalıkların 3 boyutlu görüntü üzerinde çalışılması (1saat).
Anatomi maketleri üzerinde temel nöroanatomik yapıların tartışılması (1 saat).
Kadavra örnekleri üzerinde klinik nöroanatominin tartışılması (1 saat).
Manyetik Rezonans Görüntülemede FreeSurfer Yazılımı ile İleri Morfometrik Analizler
Manyetik rezonans görüntüleme, yüksek mekânsal çözünürlüğe sahip ileri bir non-invazif teknik olarak klinikte ve deneysel araştırmalarda yaygın kullanım alanı bulmuştur. Bu bağlamda, MR tekniği kullanılarak yapılan kraniyal görüntülemenin sunduğu bilgi, morfometrik analizler gerçekleştirmeye olanak tanımaktadır. MR görüntüleri üzerinden yapılabilecek değerlendirmeler, görsel skorlamadan otomatik parselasyona kadar geniş bir skalada morfometrik bilgi sunmaktadır. İleri morfometrik bilgiler kapsamında; kortikal kalınlık, hacim ve yüzey alanı gibi parametreler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çerçevede, Athinoula A. Martinos Biyomedikal Görüntüleme Merkezi'ndeki Hesaplamalı Nörogörüntüleme Laboratuvarı tarafından geliştirilmiş olan FreeSurfer (https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/), yapısal manyetik rezonans görüntüleme verilerinin analizi ve görselleştirilmesi için sıklıkla kullanılan açık kaynaklı bir pakettir. FreeSurfer, kortikal parselasyon ve subkortikal segmentasyon işlemlerini otomatik olarak gerçekleştirmekte ve kortikal kalınlık, hacim ve yüzey alanı gibi parametreleri hesaplayarak sağlıklı insan beyninin veya nörolojik ve psikiyatrik hastalıkların araştırılmasına olanak sunmaktadır.
Bu kurs kapsamında, FreeSurfer yazılımı tanıtılacak ve kullanımı için gerekli bilgi ve komutlar kurs katılımcılarına sağlanacaktır. Bu bağlamda;
- MR görüntülerinin FreeSurfer ile işlenmesi,
- Elde edilen çıktılar üzerinden kortikal kalınlık, yüzey alanı veya hacim gibi verileri kullanarak ileri kortikal analizlerin gerçekleştirilmesi,
- Hippokampus, amigdala, talamus gibi subkortikal yapıların detaylı segmentasyonlarının ve hacimsel analizlerinin gerçekleştirilmesi,
- Analizler sonucunda elde edilen çıktıların değerlendirilmesi ve görselleştirilmesi detaylı bir şekilde teorik anlatımlarla tanıtılacaktır.
Ayrıca, örnek bir veri seti üzerinden yapılacak uygulamalı analizlerle katılımcıların pratiği geliştirilecektir. Bu örnek uygulamalarda kullanılan metot ve elde edilen sonuçlar makale formatında raporlanacaktır.
Dinlenim Durumu ve Göreve Bağlı Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntülemede CONN Yazılımı ile Fonksiyonel Bağlantısallık Analizleri
Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRG), duysal, motor veya bilişsel görevler tarafından indüklenen nöral aktiviteler gibi, ayrık beyin bölgelerindeki ortak aktivasyon örüntülerine dayanan fonksiyonel bağlantısallıkları da değerlendirmemize olanak sağlamaktadır. Son yıllarda artan sayıda fMRG çalışması, dinlenim durumunda beynin intrensek fonksiyonel bağlantısallık ağlarına (ICN) ve görev koşulunda da göreve bağlı fonksiyonel bağlantısallık değişimlerine odaklanmaktadır. Bireyler arası fonksiyonel bağlantısallık değişiklikleri fenotipik özellikler, psikiyatrik ve nörolojik bozukluklar, davranışsal performanstaki değişimlerle ilişkilendirilerek normal ve patolojik koşullardaki beyin işlevlerine yönelik önemli bir pencere açmaktadır.
Fonksiyonel bağlantısallık analizlerinde en sık başvurulan yaklaşım, iki beyin bölgesinde kaydedilen kan oksijen seviyesine bağlı fMRG (BOLD) sinyali arasındaki korelasyonların hesaplandığı tohum temelli bağlantısallık analizidir. Bu yöntemle hipotez test etmek için önceden tanımlanmış tohum bölgesi ile tüm beyin vokselleri (seed-to-voxel) arasındaki veya farklı tohum bölgeleri arasındaki (ROI-to-ROI) bağlantısallık değerleri hesaplanabilir. Hipotez temelli yaklaşımların yanında, veri güdümlü bir yaklaşım olarak bağımsız bileşen analizi (ICA; independent component analysis) yöntemi de beyin fonksiyonel bağlantısallık örüntülerinin araştırılmasında kullanılabilir. ICA, veri setini uzamsal veya zamansal olarak olabildiğince birbirinden bağımsız bileşenlere ayırarak fonksiyonel bağlantısallık ağlarının elde edilmesine olanak sağlar. Yüksek mertebeli olarak uygulandığı zaman ICA’nın ürettiği bileşenler veri güdümlü tohumlar olarak da ele alınabilmekte ve daha sonra yürütülecek tohum temelli bağlantısallık analizlerine temel oluşturabilmektedir.
Belirli bir tohum ile tüm beyin voksellerinin arasındaki göreve özgü fonksiyonel bağlantısallık modülasyonlarının görev koşullarından nasıl etkilendiği ise psikofizyolojik etkileşim analizi (psychophysiological interaction analysis, PPI) yöntemi ile araştırılabilir.
Fonksiyonel bağlantısallık çalışmalarında tohum bölgelerinin sayısı arttıkça istatistiksel analizlerde ortaya çıkan çoklu karşılaştırmaya bağlı yanlış pozitivite (tip I) hatalarını gidermek önem kazanır. Bu çerçevede güncel ve güçlü bir araç, çok sayıda tohum bölgesi arasındaki tüm bağlantıları birlikte ele alarak deney koşulları veya grupları arasında tutarlı olarak bağlantısallık değişimi gösteren örüntüleri ortaya çıkaran ağ temelli istatistik (NBS; network based statistics) yöntemidir.
Dinlenim ve görev temelli fMRG ölçümlerindeki fonksiyonel bağlantısallık analizlerine yönelik bu özetlenen spektrumun tümünü kapsayan ve hem kod temelli hem de kolay öğrenebilen kullanıcı arayüzü üzerinden çalışmaya imkan sağlayan, serbest erişimli ve açık kaynaklı bir araç seti MATLAB ortamında, SPM araçlarını kullanarak çalışan CONN (Functional Connectivity Toolbox) yazılımıdır (Whitfield-Gabrieli ve Nieto-Castanon, 2012). CONN yazılımı ilk benzeri diğer yazılımlara göre sıklıkla güncellenmesi, herkese açık blog sayfası aracılığıyla etkili kullanım için destek sağlanması gibi özellikleriyle tercih edilen bir yazılım haline gelmiştir. Kursta, gerek dinlenim durumu gerekse göreve dayalı fMRG verilerinin CONN ortamında ön işlenmesi, tohum temelli fonksiyonel bağlantısallık analizi, bağımsız bileşen analizi, psikofizyolojik etkileşim analizi ve bağlantısallık bulgularının NBS ile istatistiksel analizi konularında kuramsal ve uygulamalı bilgiler verilecektir. Kurs, fMRG konusunda başlangıç ve orta seviyede tecrübeye sahip araştırmacılara uygun olarak tasarlanmıştır.
MATLAB’e Giriş
MATLAB yazılımı özellikle mühendislik ve temel bilimsel araştırmalarda verilerin işlenmesi, istatistiki hesapların yapılması ve özellikle de görüntülenmesinde en yaygın kullanılan programlardan biri olmuştur. Bu kursta MATLAB’e giriş yapılacak, temel işlemler, matris hesapları, veri yükleme, işleme, görüntüleme ve istatistiki fonksiyonların yanı sıra Fourier Dönüşümü alma ve görüntüleme adımları da hem teorik hem de uygulamalı olarak öğretilecektir.
Nörolojik Hastalıklarda Genom Analizleri
Yeni nesil genomik teknolojiler (dizileme ve mikroarray) nörolojik hastalıkların tanısında ve altında yatan mekanizmaların araştırılmasında kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Kursun genel amacı, nörolojik hastalıkların araştırılmasında kullanılan genomik yöntemlerin temellerine hakimiyet sağlanmasıdır. Bu amaç ile genetik tanıda ve yeni gen aramada kullanılan yeni nesil dizileme ve mikroarray teknolojileri ile gerçekleştirilebilecek biyoinformatik analizlere ve yorumlanmalarına odaklanılacaktır.
Kursun hedef kitlesi;
Nörolojik hastalıkların tanı ve araştırmasında genetik analizlerden faydalanan hekimler ve alanında genomik teknolojiler kullanacak lisansüstü araştırmacılardır.
Kurs kapsamında;
Nörolojik hastalıkların genetik temelleri
Tanıda ve araştırmada yeni nesil dizileme ve mikroarray teknolojileri
Tüm ekzom ve bağlantı analizleri; genom varyantları ve sınıflandırmaları
Biyoinformatik analiz örnek çalışmaları eğitimleri verilecektir.
Kurs sonunda katılımcıların;
Kalıtsal nörolojik hastalıkların temellerinin öğrenilmesi,
Genom varyantlarının işlevleri ve araştırma yöntemlerinin öğrenilmesi,
Tanıda kullanılan genomik yöntemlere hakimiyet kazanılması,
Kalıtsal hastalıklarda yeni gen arama yöntemlerine hakimiyet kazanılması hedeflenmektedir.
Kursta ekzom dizileme analizi Illumina “paired end” örnek veri seti kullanılarak gerçekleştirilecektir.
Bu kapsamda katılımcıların analiz akışı içerisinde;
- Ham veri kalite kontrolü,
- Referans genoma haritalama,
- Haritalama istatistikleri ve kalitesinin kontrolü,
- Varyant tespiti,
- Verinin ve varyantların görselleştirilmesi,
- Hastalık ilişkili aday varyantların önceliklendirmesi aşamalarını kendi bilgisayarlarında gerçekleştirmesi amaçlanmaktadır.
Bu amaç ile aşağıdaki programların uygulamaya katılacakların bilgisayarlarında kurulu ve (komut satırında) kullanılabilir olması beklenmektedir.
Bwa-mem
http://bio-bwa.sourceforge.net
Samtools
https://www.htslib.org/download/
Picard
https://broadinstitute.github.io/picard/
GATK
https://gatk.broadinstitute.org
IGV
https://software.broadinstitute.org/software/igv/igvtools
Farede Beyin Tümörü Oluşturulması ve In-vivo Görüntüleme ile Takibi
Farelerde beyin tümör modelinin kurs katılımcıları tarafından uygulamalı olarak stereotaksi aleti ile oluşturulması ve in-vivo görüntüleme cihazı ile görüntülenmesi ve daha önce beyin tümörü oluşturulan farelerde tümoral dokunun in-vivo görüntüleme cihazı ile tespit edilmesi ve takibinin yapılması hedeflenmektedir.
