Karakterisering af menneskelige olfaktoriske Amygdala-underregioner

Specifikke mål:

Den menneskelige amygdala er en del af den primære olfaktoriske cortex, idet den modtager direkte monosynaptisk input fra olfaktorisk bulb1-4. Dette antyder en vigtig rolle for amygdalaen i lugtebehandlingen, men alligevel er de anatomiske og funktionelle egenskaber af olfaktoriske input til den menneskelige amygdala stort set uudforskede. Det overordnede mål med dette forslag er at belyse rollen som amygdala-underregioner i menneskelig olfaktorisk behandling.

Lugtepæren projicerer parallelt med flere kortikale områder, som hver menes at spille en unik rolle i lugtebehandlingen5-10. Inden for amygdala modtager adskillige distinkte underregioner direkte, monosynaptisk pære-input, hvilket tyder på forskellige roller, men deres olfaktoriske funktioner er ikke fuldt ud forstået. Gnaverundersøgelser er begyndt at udforske potentielle roller for disse underregioner i olfaktorisk-guidet social og tilgang/undgå adfærd11-15, med de første nogensinde optagelser af den posterolaterale kortikale amygdala udført for nylig16. Vores forståelse af disse områder er dog stadig ufuldstændig. Navnlig har de fleste gnaverundersøgelser på de olfaktoriske amygdala-underregioner fokuseret på det tilbehørs olfaktoriske system, som mennesker mangler. Desuden har de fleste humane undersøgelser ikke overvejet olfaktoriske amygdala-underregioner separat17-21. Dette er en kritisk overvejelse, både fordi størstedelen af ​​amygdala-underregioner ikke modtager olfaktoriske input, og fordi de, der sandsynligvis spiller forskellige roller i olfaktorisk behandling. Disse roller kan ikke forstås uden at analysere underregionerne separat. Der er således et stærkt behov for mere forskning i den rolle, som de menneskelige amygdala-underregioner spiller i olfaction. Det er vigtigt, at olfaktoriske amygdala-underregioner er blevet impliceret i SUDEP22-26, den førende dødsårsag ved temporallapsepilepsi. At forstå de anatomiske og funktionelle egenskaber af disse regioner er derfor også af klinisk betydning.

Denne forskning vil studere menneskelige olfaktoriske amygdala-underregioner ved hjælp af en mangefacetteret, streng tilgang. Det vil kombinere specialiseret højopløsnings diffusionsvægtet billeddannelse, højopløsnings amygdala-målrettet fMRI, sjælden direkte elektrisk stimulering af den menneskelige amygdala (rent klinisk foreskrevet) og menneskelig psykofysik, der hver især er egnet til at løse et andet spørgsmål.

Mål 1: At anatomisk og funktionelt karakterisere de primære olfaktoriske kortikale områder af den menneskelige amygdala. Eksperimenter til dette formål vil omhyggeligt karakterisere humane primære olfaktoriske amygdala-underregioner på det anatomiske og funktionelle niveau. Eksperiment 1A vil bruge specialiseret diffusionsvægtet billeddannelse til at lokalisere lugtekanaler, der rager ud til og fra amygdala-underregioner. Eksperiment 1B vil bruge hvilende fMRI og k-betyder klyngealgoritmer til at parcellere og karakterisere amygdala-underregioner baseret på distinkte helhjernefunktionelle forbindelsesprofiler. Eksperiment 1C vil bruge hændelsesrelateret fMRI til funktionelt at lokalisere lugtfølsomme underregioner af amygdala. Hypotesen er, at de mediale, kortikale og periamygdaloide subregioner af amygdala vil udvise strukturel forbindelse med lugtpæren, forbedret lugtrespons sammenlignet med andre subregioner og distinkte helhjernefunktionelle forbindelsesprofiler.

Formål 2: At teste hypotesen om, at aktivitet i distinkte amygdala-underregioner afspejler distinkt olfaktorisk adfærd. Eksperimenter til dette formål vil bruge fMRI-afledte ensemblemønstre og tidsserier til at udforske forskellige olfaktoriske roller for amygdala-underregioner med fremragende rumlig opløsning og samtidig dækning af hele amygdala. Brugen af ​​fMRI-ensemblemønstre er ideel, da olfaktoriske kortikale områder inklusive amygdala bruger en distributiv kodningsmåde16. Eksperiment 2A vil bruge fMRI til at måle aktivitet på tværs af alle amygdala-underregioner, mens de præsenterer identiske lugte under forskellige økologisk relevante kontekster (social, rumlig og mad). Eksperiment 2B vil bruge fMRI til at undersøge sammenhænge mellem amygdala fMRI-mønstre og olfaktorisk tilgang/undgå adfærd. Hypotesen er, at aktivitet i den mediale amygdala, ligesom hos gnavere, vil afspejle olfaktorisk-styrede sociale perceptuelle beslutninger, og at aktivitet i den kortikale amygdala vil afspejle lugte-guidet tilgang/undgå adfærd.

Mål 3: At vurdere nødvendigheden af ​​olfaktoriske amygdala underregioner i distinkt olfaktorisk adfærd. For at vurdere nødvendigheden af ​​olfaktoriske amygdala-underregioner i den distinkte olfaktoriske adfærd beskrevet ovenfor i mål 2, vil eksperiment 3 bruge intrakranielle elektrofysiologiske metoder til at optage direkte fra og levere elektrisk stimulation direkte ind i, humane olfaktoriske amygdala-underregioner under olfaktoriske opgaver fra Aim 2. Stimulering vil ikke afvige fra kliniske protokoller og vil kun blive udført af klinikere. Denne metode giver direkte optagelser af neural aktivitet og tillader afbrydelse af neural aktivitet for at teste nødvendigheden af ​​specifikke regioner for særlig adfærd. Hypotesen er, at forstyrrelse af oscillerende aktivitet i den kortikale amygdala vil forstyrre olfaktorisk tilgang/undgå adfærd, mens forstyrrelse af oscillerende aktivitet i den mediale amygdala vil forstyrre olfaktoriske sociale perceptuelle beslutninger.