Elektrofysiologiske repræsentationer af lugt i den menneskelige hjerne undersøgelse 1

Lugtopfattelse er afhængig af hjernens evne til at udtrække og repræsentere forskellige træk ved en lugtstimulus. For eksempel er intensitet og identitet fundamentale træk ved den olfaktoriske percept, der skal kodes separat for nøjagtig perception; den samme lugt kan opstå ved forskellige styrker. Forståelse af neurale repræsentationer af olfaktoriske perceptuelle træk er grundlæggende for at forstå olfaktoriske system, men de neurale korrelater af lugtintensitet og identitet er dårligt forstået i den menneskelige hjerne.

Feltet af olfaction bruger typisk kemi som en proxy for perception og fokuserer på at manipulere fysiske egenskaber af en stimulus for at lede efter neurale korrelater. For eksempel bruges kemisk koncentration og molekylær identitet typisk som proxyer for lugtintensitet og identitet. Men den verden, som dyr opfatter, er ikke en fuldstændig repræsentation af den fysiske virkelighed; det er et produkt af de særlige sansesystemer, som hver art har tilegnet sig i løbet af evolutionen. For at forstå, hvordan hjernen danner repræsentationer af perceptuelle træk ved lugte, må vi identificere forhold mellem træk ved neurale reaktioner og perceptuelle vurderinger. Mens nye adfærdsparadigmer hos gnavere kan give gode skøn over perceptuelle vurderinger af forskellige træk ved lugte (intensitet, identitet), kan mennesker direkte give perceptuelle vurderinger af forskellige egenskaber ved en lugt. Derfor er menneskeligt arbejde nødvendigt for fuldt ud at forstå olfaktorisk opfattelse.

Det manglende led mellem neurale signaturer og perceptuelle egenskaber ved lugt er et kritisk hul i vores forståelse af lugtkodning. Her vil vi kombinere menneskelige intrakranielle optagelser - inklusive direkte neurale optagelser fra menneskelig lugtebark - med samtidig levering af præcist kontrollerede lugte af varierende intensitet/identitet og prøve-for-forsøg-indsamling af psykofysiske vurderinger for at forstå, hvordan lugte er repræsenteret i den menneskelige hjerne .

Nøjagtige olfaktoriske psykofysiske vurderinger er en kritisk del af vores forslag. Derfor vil vi arbejde sammen med førende eksperter i menneskelig psykofysik ved Monel Chemical Senses Center, Dr. Pamela Dalton og Dr. Joel Mainland. Som Co-Investigators på denne bevilling vil deres ekspertise i menneskelig psykofysik kombineres med mit laboratoriums ekspertise i menneskelig olfaktorisk elektrofysiologi for at give feltet en forståelse af kortlægningen mellem olfaktorisk perception og neurale koder i den menneskelige hjerne.

Mål 1: Undersøgelse af repræsentationer af lugtintensitet i human piriform cortex. For at identificere en neural repræsentation af opfattet lugtintensitet er det nødvendigt at adskille stimuluskoncentration fra opfattet intensitet. Eksperimenter til dette formål vil måle menneskelige perceptuelle reaktioner, mens intensiteten manipuleres uafhængigt af koncentration ved hjælp af to komplementære tilgange. I eksperiment 1A vil vi matche opfattede intensiteter på tværs af lugte af forskellige koncentrationer, hvilket giver os mulighed for at identificere en neural repræsentation af intensitet, der er uafhængig af stimulus identitet og koncentration. I eksperiment 1B vil vi skabe forhold med forskellig opfattet intensitet over konstante lugtstimuli ved hjælp af tilpasning. At nærme sig det samme spørgsmål fra forskellige vinkler vil styrke robustheden af ​​vores resultater. Foreløbige data tyder på, at tidsmæssige træk ved den piriforme neurale respons kan repræsentere lugtintensitet.