Elektrophysiologische Darstellungen von Gerüchen im menschlichen Gehirn, Studie 1

Die olfaktorische Wahrnehmung beruht auf der Fähigkeit des Gehirns, verschiedene Merkmale eines Geruchsreizes zu extrahieren und darzustellen. Beispielsweise sind Intensität und Identität grundlegende Merkmale der Geruchswahrnehmung, die für eine genaue Wahrnehmung separat kodiert werden müssen; Der gleiche Geruch kann in unterschiedlicher Stärke auftreten. Das Verständnis neuronaler Darstellungen olfaktorischer Wahrnehmungsmerkmale ist für das Verständnis des olfaktorischen Systems von grundlegender Bedeutung. Allerdings sind die neuronalen Korrelate von Geruchsintensität und -identität im menschlichen Gehirn nur unzureichend verstanden.

Im Bereich der Geruchswahrnehmung wird in der Regel die Chemie als Stellvertreter für die Wahrnehmung verwendet und der Schwerpunkt liegt auf der Manipulation der physikalischen Eigenschaften eines Reizes, um nach neuronalen Korrelaten zu suchen. Beispielsweise werden chemische Konzentration und molekulare Identität typischerweise als Stellvertreter für Geruchsintensität und -identität verwendet. Allerdings ist die Welt, die Tiere wahrnehmen, kein vollständiges Abbild der physischen Realität; Es ist ein Produkt der besonderen Sinnessysteme, die sich jede Art im Laufe der Evolution angeeignet hat. Um zu verstehen, wie das Gehirn Wahrnehmungsmerkmale von Gerüchen repräsentiert, müssen wir Beziehungen zwischen Merkmalen neuronaler Reaktionen und Wahrnehmungsbewertungen identifizieren. Während neuartige Verhaltensparadigmen bei Nagetieren gute Schätzungen der Wahrnehmungsbewertung verschiedener Geruchsmerkmale (Intensität, Identität) liefern können, kann der Mensch direkt Wahrnehmungsbewertungen verschiedener Geruchsmerkmale liefern. Daher ist menschliche Arbeit notwendig, um die Geruchswahrnehmung vollständig zu verstehen.

Die fehlende Verbindung zwischen neuronalen Signaturen und Wahrnehmungseigenschaften von Gerüchen ist eine entscheidende Lücke in unserem Verständnis der Geruchscodierung. Hier kombinieren wir menschliche intrakranielle Aufzeichnungen – einschließlich direkter neuronaler Aufzeichnungen aus dem menschlichen Riechkortex – mit der gleichzeitigen Abgabe präzise kontrollierter Gerüche unterschiedlicher Intensität/Identität und der versuchsweisen Erfassung psychophysischer Bewertungen, um zu verstehen, wie Gerüche im menschlichen Gehirn dargestellt werden .

Genaue olfaktorische psychophysische Bewertungen sind ein entscheidender Teil unseres Vorschlags. Deshalb werden wir mit führenden Experten für menschliche Psychophysik am Monel Chemical Senses Center, Dr. Pamela Dalton und Dr. Joel Mainland, zusammenarbeiten. Als Co-Forscher dieses Stipendiums werden ihre Fachkenntnisse in der menschlichen Psychophysik mit der Fachkenntnis meines Labors in der olfaktorischen Elektrophysiologie des Menschen kombiniert, um dem Fachgebiet ein Verständnis für die Zuordnungen zwischen olfaktorischer Wahrnehmung und neuronalen Codes im menschlichen Gehirn zu vermitteln.

Ziel 1: Untersuchung der Darstellung der Geruchsintensität im menschlichen piriformen Kortex. Um eine neuronale Darstellung der wahrgenommenen Geruchsintensität zu identifizieren, ist es notwendig, die Reizkonzentration von der wahrgenommenen Intensität zu trennen. Experimente zu diesem Zweck werden die menschlichen Wahrnehmungsreaktionen messen und gleichzeitig die Intensität unabhängig von der Konzentration manipulieren, wobei zwei komplementäre Ansätze zum Einsatz kommen. In Experiment 1A werden wir die wahrgenommenen Intensitäten von Gerüchen unterschiedlicher Konzentration vergleichen und so eine neuronale Darstellung der Intensität identifizieren, die unabhängig von der Reizidentität und -konzentration ist. In Experiment 1B werden wir durch Adaption Bedingungen unterschiedlicher wahrgenommener Intensität bei konstanten Geruchsreizen schaffen. Die Belastbarkeit unserer Ergebnisse wird dadurch gestärkt, dass wir dieselbe Frage aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachten. Vorläufige Daten deuten darauf hin, dass zeitliche Merkmale der piriformen Nervenreaktion die Geruchsintensität widerspiegeln könnten.