Elektrophysiologische Darstellungen der Geruchsidentität Studie 2

Die olfaktorische Wahrnehmung beruht auf der Fähigkeit des Gehirns, verschiedene Merkmale eines Geruchsreizes zu extrahieren und darzustellen.

Zum Beispiel sind Intensität und Identität grundlegende Merkmale des olfaktorischen Perzepts, die separat kodiert werden müssen, um eine genaue Wahrnehmung zu gewährleisten; der gleiche Geruch kann in unterschiedlichen Stärken auftreten. Das Verständnis neuronaler Repräsentationen olfaktorischer Wahrnehmungsmerkmale ist grundlegend für das Verständnis des olfaktorischen Systems, jedoch sind die neuronalen Korrelate von Geruchsintensität und -identität im menschlichen Gehirn wenig verstanden.

Das Feld der Olfaktion verwendet typischerweise Chemie als Stellvertreter für die Wahrnehmung und konzentriert sich auf die Manipulation physikalischer Eigenschaften eines Reizes, um neuronale Korrelate zu finden. Zum Beispiel werden chemische Konzentration und molekulare Identität typischerweise als Stellvertreter für Geruchsintensität und -identität verwendet. Allerdings ist die Welt, die Tiere wahrnehmen, keine vollständige Darstellung der physikalischen Realität; sie ist ein Produkt der spezifischen sensorischen Systeme, die jede Art im Laufe der Evolution erworben hat. Um zu verstehen, wie das Gehirn Repräsentationen von Wahrnehmungsmerkmalen von Gerüchen bildet, müssen wir Beziehungen zwischen Merkmalen neuronaler Reaktionen und Wahrnehmungsbewertungen identifizieren.

Während neuartige Verhaltensparadigmen bei Nagetieren gute Schätzungen der Wahrnehmungsbewertungen verschiedener Geruchsmerkmale (Intensität, Identität) liefern können, können Menschen direkt Wahrnehmungsbewertungen verschiedener Merkmale eines Geruchs liefern. Daher ist menschliche Arbeit notwendig, um die olfaktorische Wahrnehmung vollständig zu verstehen.

Die fehlende Verbindung zwischen neuronalen Signaturen und Wahrnehmungseigenschaften von Gerüchen ist eine kritische Lücke in unserem Verständnis der Geruchskodierung. Hier werden wir menschliche intrakranielle Aufzeichnungen – einschließlich direkter neuronaler Aufzeichnungen aus dem menschlichen olfaktorischen Kortex – mit der gleichzeitigen Abgabe präzise kontrollierter Gerüche variierender Intensität/Identität und der trialweisen Erfassung psychophysikalischer Bewertungen kombinieren, um zu verstehen, wie Gerüche im menschlichen Gehirn repräsentiert werden. Genau olfaktorische psychophysikalische Bewertungen sind ein kritischer Teil unseres Vorschlags. Daher werden wir mit führenden Experten für menschliche Psychophysik am Monel Chemical Senses Center, Dr. Pamela Dalton und Dr. Joel Mainland, zusammenarbeiten. Als Co-Investigatoren in diesem Zuschuss wird ihr Fachwissen in menschlicher Psychophysik mit dem Fachwissen meines Labors in menschlicher olfaktorischer Elektrophysiologie kombiniert, um dem Feld ein Verständnis der Abbildungen zwischen olfaktorischer Wahrnehmung und neuronalen Codes im menschlichen Gehirn zu liefern. Um eine neuronale Repräsentation von Geruchsidentität zu identifizieren, ist es notwendig, molekulare Struktur von wahrgenommener Identität/Ähnlichkeit zu trennen.

Ob das olfaktorische System ein Kodierungsschema verwendet, bei dem die Ähnlichkeit zwischen neuronalen Merkmalen systematisch mit der Wahrnehmungsähnlichkeit zusammenhängt, ist unbekannt. Experimente für dieses Ziel werden Wahrnehmungsreaktionen während der Manipulation der Wahrnehmungsähnlichkeit erfassen. In Experiment 1A werden wir Merkmale neuronaler Reaktionen während natürlichen Verhaltens des freien Benennens von Gerüchen untersuchen. In Experiment 1B werden wir die Wahrnehmungsähnlichkeit mit Geruchsmetameren manipulieren und in jedem Versuch Wahrnehmungs- und neuronale Daten sammeln. Vorläufige Daten deuten darauf hin, dass die frühesten, hochfrequenten Komponenten der Piriform-Reaktion die wahrgenommene Identität optimal dekodieren können.