Caracterización de las subregiones de la amígdala olfatoria humana

Objetivos específicos:

La amígdala humana es parte de la corteza olfativa primaria, ya que recibe información monosináptica directa del bulbo olfativo1-4. Esto sugiere un papel importante para la amígdala en el procesamiento olfativo, sin embargo, las propiedades anatómicas y funcionales de las entradas olfativas a la amígdala humana están en gran parte inexploradas. El objetivo general de esta propuesta es dilucidar el papel de las subregiones de la amígdala en el procesamiento olfativo humano.

El bulbo olfativo se proyecta en paralelo a múltiples áreas corticales, cada una de las cuales se cree que desempeña un papel único en el procesamiento olfativo5-10. Dentro de la amígdala, varias subregiones distintas reciben información directa del bulbo monosináptico, lo que sugiere roles distintos, aunque sus funciones olfativas no se comprenden completamente. Los estudios con roedores han comenzado a explorar los roles potenciales de estas subregiones en las conductas sociales guiadas por el olfato y de acercamiento/evitación11-15, con las primeras grabaciones de la amígdala cortical posterolateral realizadas recientemente16. Sin embargo, nuestra comprensión de estas áreas aún es incompleta. En particular, la mayoría de los estudios de roedores sobre las subregiones olfatorias de la amígdala se han centrado en el sistema olfativo accesorio, del que carecen los humanos. Además, la mayoría de los estudios en humanos no han considerado las subregiones olfatorias de la amígdala por separado17-21. Esta es una consideración crítica, tanto porque la mayoría de las subregiones de la amígdala no reciben entradas olfativas como porque aquellas que sí lo hacen probablemente juegan papeles distintos en el procesamiento olfativo. Estos roles no pueden entenderse sin analizar las subregiones por separado. Por lo tanto, existe una gran necesidad de más investigación sobre el papel de las subregiones de la amígdala humana en el olfato. Es importante destacar que las subregiones olfatorias de la amígdala se han implicado en SUDEP22-26, la principal causa de muerte en la epilepsia del lóbulo temporal. Por lo tanto, la comprensión de las propiedades anatómicas y funcionales de estas regiones también es de importancia clínica.

Esta investigación estudiará las subregiones de la amígdala olfatoria humana utilizando un enfoque riguroso y multifacético. Combinará imágenes especializadas de difusión ponderada de alta resolución, resonancia magnética funcional de alta resolución dirigida a la amígdala, estimulación eléctrica directa rara de la amígdala humana (prescrita puramente clínicamente) y psicofísica humana, cada una adecuada para abordar una pregunta diferente.

Objetivo 1: caracterizar anatómica y funcionalmente las regiones corticales olfatorias primarias de la amígdala humana. Los experimentos para este objetivo caracterizarán cuidadosamente las subregiones de la amígdala olfatoria primaria humana a nivel anatómico y funcional. El Experimento 1A utilizará imágenes especializadas ponderadas por difusión para localizar los tractos olfativos que se proyectan hacia y desde las subregiones de la amígdala. El Experimento 1B utilizará fMRI en reposo y algoritmos de agrupamiento k-means para parcelar y caracterizar las subregiones de la amígdala en función de distintos perfiles de conectividad funcional de todo el cerebro. El Experimento 1C utilizará IRMf relacionada con eventos para localizar funcionalmente las subregiones de la amígdala que responden a los olores. La hipótesis es que las subregiones medial, cortical y periamigdaloide de la amígdala exhibirán conectividad estructural con el bulbo olfatorio, mayor capacidad de respuesta al olor en comparación con otras subregiones y distintos perfiles de conectividad funcional de todo el cerebro.

Objetivo 2: probar la hipótesis de que la actividad en distintas subregiones de la amígdala refleja comportamientos olfativos distintos. Los experimentos para este objetivo utilizarán patrones de conjuntos derivados de fMRI y series temporales para explorar distintos roles olfativos para las subregiones de la amígdala, con una excelente resolución espacial y una cobertura simultánea de toda la amígdala. El uso de patrones de conjuntos de fMRI es ideal, ya que las áreas corticales olfatorias, incluida la amígdala, utilizan un modo distributivo de codificación16. El Experimento 2A utilizará fMRI para medir la actividad en todas las subregiones de la amígdala mientras presenta olores idénticos en diferentes contextos ecológicamente relevantes (social, espacial y alimentario). El Experimento 2B utilizará fMRI para examinar las correlaciones entre los patrones de fMRI de la amígdala y los comportamientos olfativos de aproximación/evitación. La hipótesis es que, como en los roedores, la actividad en la amígdala medial reflejará decisiones de percepción social guiadas por el olfato y que la actividad en la amígdala cortical reflejará conductas de acercamiento/evitación guiadas por el olfato.

Objetivo 3: Evaluar la necesidad de subregiones olfatorias de la amígdala en distintos comportamientos olfativos. Para evaluar la necesidad de las subregiones olfatorias de la amígdala en los distintos comportamientos olfativos descritos anteriormente en el Objetivo 2, el Experimento 3 utilizará métodos de electrofisiología intracraneal para registrar directamente y administrar estimulación eléctrica directamente en las subregiones olfatorias de la amígdala humana durante las tareas olfativas del Objetivo 2. La estimulación no se desviará de los protocolos clínicos y solo la realizarán los médicos. Este método proporciona registros directos de la actividad neuronal y permite la interrupción de la actividad neuronal para probar la necesidad de regiones específicas para comportamientos particulares. La hipótesis es que la interrupción de la actividad oscilatoria en la amígdala cortical interrumpirá los comportamientos olfativos de aproximación/evitación, mientras que la interrupción de la actividad oscilatoria en la amígdala media interrumpirá las decisiones olfativas de percepción social.