Charakterizace lidských čichových podoblastí amygdaly

Konkrétní cíle:

Lidská amygdala je součástí primární čichové kůry, protože přijímá přímý monosynaptický vstup z čichového bulbu1-4. To naznačuje důležitou roli amygdaly v čichovém zpracování, ale anatomické a funkční vlastnosti čichových vstupů do lidské amygdaly jsou z velké části neprozkoumané. Hlavním cílem tohoto návrhu je objasnit roli podoblastí amygdaly při zpracování lidského čichu.

Čichový bulbus vyčnívá paralelně do více kortikálních oblastí, z nichž se předpokládá, že každá hraje jedinečnou roli při zpracování čichu5-10. Uvnitř amygdaly dostává několik odlišných podoblastí přímý, monosynaptický vstup bulbu, což naznačuje odlišné role, ale jejich čichové funkce nejsou plně pochopeny. Studie na hlodavcích začaly zkoumat potenciální role těchto subregionů v čichově řízeném sociálním chování a chování při přístupu/vyhýbání se11-15, přičemž nedávno byly provedeny vůbec první záznamy posterolaterální kortikální amygdaly16. Naše chápání těchto oblastí je však stále neúplné. Pozoruhodné je, že většina studií na hlodavcích na podoblasti čichové amygdaly se zaměřila na doplňkový čichový systém, který lidem chybí. Většina studií na lidech navíc nezvažovala čichové podoblasti amygdaly samostatně17-21. Toto je kritická úvaha, a to jak proto, že většina podoblastí amygdaly nedostává čichové vstupy, tak i proto, že ty, které ano, pravděpodobně hrají odlišné role v čichovém zpracování. Tyto role nelze pochopit bez samostatné analýzy podoblastí. Existuje tedy silná potřeba dalšího výzkumu role lidských podoblastí amygdaly v čichu. Důležité je, že podoblasti čichové amygdaly se podílejí na SUDEP22-26, hlavní příčině úmrtí u epilepsie temporálního laloku. Pochopení anatomických a funkčních vlastností těchto oblastí je proto také klinicky důležité.

Tento výzkum bude studovat podoblasti lidské čichové amygdaly pomocí mnohostranného a přísného přístupu. Bude kombinovat specializované difúzně vážené zobrazování s vysokým rozlišením, fMRI zaměřené na amygdalu s vysokým rozlišením, vzácnou přímou elektrickou stimulaci lidské amygdaly (čistě klinicky předepsanou) a lidskou psychofyziku, z nichž každá je vhodná k řešení jiné otázky.

Cíl 1: Anatomicky a funkčně charakterizovat primární čichové korové oblasti lidské amygdaly. Experimenty za tímto účelem pečlivě charakterizují lidské primární čichové podoblasti amygdaly na anatomické a funkční úrovni. Experiment 1A bude používat specializované difuzně vážené zobrazování k lokalizaci čichových cest vyčnívajících do az podoblastí amygdaly. Experiment 1B bude používat klidové fMRI a algoritmy shlukování k-means k parcelaci a charakterizaci podoblastí amygdaly na základě odlišných profilů funkční konektivity celého mozku. Experiment 1C použije fMRI související s událostmi k funkční lokalizaci podoblastí amygdaly reagujících na zápach. Hypotézou je, že mediální, kortikální a periamygdaloidní podoblasti amygdaly budou vykazovat strukturální konektivitu s čichovým bulbem, zvýšenou citlivost na pach ve srovnání s jinými podoblastmi a odlišné profily funkční konektivity celého mozku.

Cíl 2: Otestovat hypotézu, že aktivita v různých subregionech amygdaly odráží odlišné čichové chování. Experimenty za tímto účelem budou používat vzory souborů a časové řady odvozené od fMRI k prozkoumání odlišných čichových rolí pro podoblasti amygdaly s vynikajícím prostorovým rozlišením a současným pokrytím celé amygdaly. Ideální je použití souborových vzorů fMRI, protože čichové korové oblasti včetně amygdaly používají distributivní způsob kódování16. Experiment 2A bude používat fMRI k měření aktivity napříč všemi podoblastmi amygdaly, přičemž bude prezentovat identické pachy v různých ekologicky relevantních kontextech (sociálních, prostorových a potravinových). Experiment 2B použije fMRI ke zkoumání korelací mezi vzorci fMRI amygdaly a čichovým přístupem/vyhýbáním se chování. Hypotézou je, že stejně jako u hlodavců bude aktivita v mediální amygdale odrážet čichově řízená sociální percepční rozhodnutí a že aktivita v kortikální amygdale bude odrážet čichově řízené chování/vyhýbání se chování.

Cíl 3: Posoudit nezbytnost čichových podoblastí amygdaly v odlišném čichovém chování. K posouzení nezbytnosti čichových podoblastí amygdaly v odlišných čichových chováních popsaných výše v Cíli 2 bude Experiment 3 používat metody intrakraniální elektrofyziologie k přímému záznamu a dodávání elektrické stimulace přímo do podoblastí lidské čichové amygdaly během čichových úkolů z Cíle. 2. Stimulace se nebude odchylovat od klinických protokolů a bude prováděna pouze klinickými lékaři. Tato metoda poskytuje přímé záznamy neurální aktivity a umožňuje narušení neurální aktivity pro testování nezbytnosti specifických oblastí pro konkrétní chování. Hypotézou je, že narušení oscilační aktivity v kortikální amygdale naruší čichové přístupy/vyhýbání se chování, zatímco narušení oscilační aktivity v mediální amygdale naruší čichová sociální percepční rozhodnutí.