Représentations électrophysiologiques de l'odeur dans l'étude du cerveau humain 1

La perception olfactive repose sur la capacité du cerveau à extraire et à représenter différentes caractéristiques d'un stimulus olfactif. Par exemple, l’intensité et l’identité sont des caractéristiques fondamentales de la perception olfactive qui doivent être codées séparément pour une perception précise ; la même odeur peut être rencontrée à des concentrations différentes. Comprendre les représentations neuronales des caractéristiques de perception olfactive est fondamental pour comprendre le système olfactif, mais les corrélats neuronaux de l'intensité et de l'identité des odeurs sont mal compris dans le cerveau humain.

Le domaine de l'olfaction utilise généralement la chimie comme indicateur de la perception et se concentre sur la manipulation des propriétés physiques d'un stimulus pour rechercher des corrélats neuronaux. Par exemple, la concentration chimique et l’identité moléculaire sont généralement utilisées comme indicateurs de l’intensité et de l’identité des odeurs. Cependant, le monde perçu par les animaux n’est pas une représentation complète de la réalité physique ; c'est le produit des systèmes sensoriels particuliers que chaque espèce a acquis au cours de l'évolution. Pour comprendre comment le cerveau forme des représentations des caractéristiques perceptuelles des odeurs, nous devons identifier les relations entre les caractéristiques des réponses neuronales et les évaluations perceptuelles. Alors que de nouveaux paradigmes comportementaux chez les rongeurs peuvent fournir de bonnes estimations des évaluations perceptuelles de différentes caractéristiques des odeurs (intensité, identité), les humains peuvent directement fournir des évaluations perceptuelles des différentes caractéristiques d'une odeur. Le travail humain est donc nécessaire pour bien comprendre la perception olfactive.

Le chaînon manquant entre les signatures neuronales et les propriétés perceptuelles des odeurs constitue une lacune critique dans notre compréhension du codage des odeurs. Ici, nous combinerons des enregistrements intracrâniens humains, y compris des enregistrements neuronaux directs du cortex olfactif humain, avec la délivrance simultanée d'odeurs précisément contrôlées d'intensité/identité variables et une collecte essai par essai d'évaluations psychophysiques pour comprendre comment les odeurs sont représentées dans le cerveau humain. .

Des évaluations psychophysiques olfactives précises sont un élément essentiel de notre proposition. Par conséquent, nous travaillerons avec les principaux experts en psychophysique humaine du Monel Chemical Senses Center, le Dr Pamela Dalton et le Dr Joel Mainland. En tant que co-chercheurs de cette subvention, leur expertise en psychophysique humaine se combinera à l'expertise de mon laboratoire en électrophysiologie olfactive humaine pour fournir au domaine une compréhension des mappages entre la perception olfactive et les codes neuronaux dans le cerveau humain.

Objectif 1 : Enquêter sur les représentations de l'intensité des odeurs dans le cortex piriforme humain. Pour identifier une représentation neuronale de l’intensité perçue de l’odeur, il est nécessaire de dissocier la concentration du stimulus de l’intensité perçue. Les expériences menées dans ce but mesureront les réponses perceptuelles humaines tout en manipulant l'intensité indépendamment de la concentration en utilisant deux approches complémentaires. Dans l'expérience 1A, nous ferons correspondre les intensités perçues pour des odeurs de différentes concentrations, ce qui nous permettra d'identifier une représentation neuronale de l'intensité indépendante de l'identité et de la concentration du stimulus. Dans l'expérience 1B, nous créerons des conditions d'intensité perçue différente sur des stimuli olfactifs constants en utilisant l'adaptation. Aborder la même question sous différents angles renforcera la robustesse de nos résultats. Les données préliminaires suggèrent que les caractéristiques temporelles de la réponse neuronale piriforme peuvent représenter l'intensité de l'odeur.