Elektrofysiologiske repræsentationer af lugtidentitet Studie 2

Lugtesans baserer sig på hjernens evne til at ekstrahere og repræsentere forskellige egenskaber ved en lugtstimulus.

For eksempel er intensitet og identitet grundlæggende egenskaber ved lugteopfattelsen, som skal kodes separat for en præcis opfattelse; den samme lugt kan opleves ved forskellige styrker. At forstå neurale repræsentationer af lugtesansens opfattelsesegenskaber er grundlæggende for at forstå lugtesystemet, men de neurale korrelationer til lugtintensitet og identitet er dårligt forstået i den menneskelige hjerne.

Feltet lugtesansen bruger typisk kemi som en proxy for opfattelse og fokuserer på at manipulere fysiske egenskaber ved en stimulus for at lede efter neurale korrelationer. For eksempel bruges kemisk koncentration og molekylær identitet typisk som proksier for lugtintensitet og identitet. Men den verden, som dyr opfatter, er ikke en komplet repræsentation af den fysiske virkelighed; det er et produkt af de specifikke sensorsystemer, som hver art har erhvervet sig i løbet af evolutionen. For at forstå, hvordan hjernen danner repræsentationer af lugtes opfattelsesegenskaber, må vi identificere relationer mellem egenskaber ved neurale responser og opfattelsesvurderinger.

Mens nye adfærdsmønstre hos gnavere kan give gode estimater af opfattelsesvurderinger for forskellige lugteegenskaber (intensitet, identitet), kan mennesker direkte give opfattelsesvurderinger af forskellige egenskaber ved en lugt. Derfor er menneskeligt arbejde nødvendigt for fuldt ud at forstå lugteopfattelse.

Det manglende led mellem neurale signaturer og lugtes opfattelsesegenskaber er et kritisk hul i vores forståelse af lugtekodning. Her vil vi kombinere menneskelige intrakranielle optagelser – inklusive direkte neurale optagelser fra den menneskelige lugtekortex – med samtidig tilførsel af præcist kontrollerede lugte med varierende intensitet/identitet og trial-for-trial indsamling af psykofysiske vurderinger for at forstå, hvordan lugte repræsenteres i den menneskelige hjerne. Præcise lugtepsykofysiske vurderinger er en kritisk del af vores forslag. Derfor vil vi samarbejde med førende eksperter i menneskelig psykofysik ved Monel Chemical Senses Center, Dr. Pamela Dalton og Dr. Joel Mainland. Som medundersøgere på dette tilskud vil deres ekspertise i menneskelig psykofysik kombineres med mit labs ekspertise i menneskelig lugteelektrofysiologi for at give feltet en forståelse af kortlægningerne mellem lugteopfattelse og neurale koder i den menneskelige hjerne. For at identificere en neural repræsentation af lugtidentitet er det nødvendigt at adskille molekylær struktur fra opfattelsesidentitet/lighedhed.

Om lugtesystemet anvender en kodningsordning, hvor ligheden mellem neurale egenskaber er systematisk relateret til opfattelseslighed, er ukendt. Eksperimenter til dette formål vil indsamle opfattelsesresponser, mens opfattelseslighed manipuleres. I Eksperiment 1A vil vi undersøge egenskaber ved neurale responser under naturlig adfærd ved fri navngivning af lugte. I Eksperiment 1B vil vi manipulere opfattelseslighed med lugtmetamerer og indsamle opfattelses- og neural data på hver trial. Foreløbige data tyder på, at de tidligste, højfrekvente komponenter af piriformresponsen optimalt kan afkode opfattelsesidentitet.