Caratterizzazione delle sottoregioni dell'amigdala olfattiva umana

Obiettivi specifici:

L'amigdala umana fa parte della corteccia olfattiva primaria, in quanto riceve un input monosinaptico diretto dal bulbo olfattivo1-4. Ciò suggerisce un ruolo importante per l'amigdala nell'elaborazione olfattiva, tuttavia le proprietà anatomiche e funzionali degli input olfattivi all'amigdala umana sono in gran parte inesplorate. L'obiettivo generale di questa proposta è chiarire il ruolo delle sottoregioni dell'amigdala nell'elaborazione olfattiva umana.

Il bulbo olfattivo si proietta in parallelo su più aree corticali, ciascuna delle quali si ritiene svolga un ruolo unico nell'elaborazione olfattiva5-10. All'interno dell'amigdala, diverse sottoregioni distinte ricevono input diretti e monosinaptici dal bulbo, suggerendo ruoli distinti, ma le loro funzioni olfattive non sono completamente comprese. Gli studi sui roditori hanno iniziato a esplorare i ruoli potenziali di queste sottoregioni nei comportamenti sociali guidati dall'olfatto e nei comportamenti di avvicinamento/evitamento11-15, con le prime registrazioni in assoluto dell'amigdala corticale posterolaterale compiute di recente16. Tuttavia, la nostra comprensione di queste aree è ancora incompleta. In particolare, la maggior parte degli studi sui roditori sulle sottoregioni olfattive dell'amigdala si sono concentrati sul sistema olfattivo accessorio, che manca agli esseri umani. Inoltre, la maggior parte degli studi sull'uomo non ha considerato separatamente le sottoregioni olfattive dell'amigdala17-21. Questa è una considerazione critica, sia perché la maggior parte delle sottoregioni dell'amigdala non riceve input olfattivi sia perché quelle che probabilmente svolgono ruoli distinti nell'elaborazione olfattiva. Questi ruoli non possono essere compresi senza analizzare le sottoregioni separatamente. Pertanto, vi è un forte bisogno di ulteriori ricerche sul ruolo delle sottoregioni umane dell'amigdala nell'olfatto. È importante sottolineare che le sottoregioni olfattive dell'amigdala sono state implicate in SUDEP22-26, la principale causa di morte nell'epilessia del lobo temporale. Comprendere le proprietà anatomiche e funzionali di queste regioni è quindi anche di importanza clinica.

Questa ricerca studierà le sottoregioni olfattive umane dell'amigdala utilizzando un approccio multiforme e rigoroso. Combinerà imaging specializzato pesato in diffusione ad alta risoluzione, fMRI mirata all'amigdala ad alta risoluzione, rara stimolazione elettrica diretta dell'amigdala umana (prescritta esclusivamente clinicamente) e psicofisica umana, ciascuna adatta a rispondere a una domanda diversa.

Obiettivo 1: Caratterizzare anatomicamente e funzionalmente le regioni corticali olfattive primarie dell'amigdala umana. Esperimenti per questo scopo caratterizzeranno attentamente le sottoregioni umane olfattive primarie dell'amigdala a livello anatomico e funzionale. L'esperimento 1A utilizzerà immagini specializzate pesate in diffusione per localizzare i tratti olfattivi che si proiettano da e verso le sottoregioni dell'amigdala. L'esperimento 1B utilizzerà fMRI a riposo e algoritmi di clustering k-means per parcellare e caratterizzare le sottoregioni dell'amigdala sulla base di distinti profili di connettività funzionale dell'intero cervello. L'esperimento 1C utilizzerà fMRI evento-correlato per localizzare funzionalmente sottoregioni odorose dell'amigdala. L'ipotesi è che le sottoregioni mediale, corticale e periamigdaloidea dell'amigdala mostreranno connettività strutturale con il bulbo olfattivo, una maggiore reattività all'odore rispetto ad altre sottoregioni e distinti profili di connettività funzionale dell'intero cervello.

Obiettivo 2: verificare l'ipotesi che l'attività in distinte sottoregioni dell'amigdala rifletta comportamenti olfattivi distinti. Esperimenti per questo scopo utilizzeranno modelli di ensemble derivati ​​da fMRI e serie temporali per esplorare ruoli olfattivi distinti per le sottoregioni dell'amigdala, con eccellente risoluzione spaziale e copertura simultanea dell'intera amigdala. L'uso di modelli di ensemble fMRI è ideale, poiché le aree corticali olfattive, inclusa l'amigdala, utilizzano una modalità distributiva di codifica16. L'esperimento 2A utilizzerà la fMRI per misurare l'attività in tutte le sottoregioni dell'amigdala presentando odori identici in diversi contesti ecologicamente rilevanti (sociale, spaziale e alimentare). L'esperimento 2B utilizzerà la fMRI per esaminare le correlazioni tra i pattern fMRI dell'amigdala ei comportamenti di approccio/evitamento olfattivo. L'ipotesi è che, come nei roditori, l'attività nell'amigdala mediale rifletterà le decisioni percettive sociali guidate dall'olfatto e che l'attività nell'amigdala corticale rifletterà i comportamenti di avvicinamento/evitamento guidati dall'olfatto.

Obiettivo 3: valutare la necessità delle sottoregioni olfattive dell'amigdala in comportamenti olfattivi distinti. Per valutare la necessità delle sottoregioni olfattive dell'amigdala nei distinti comportamenti olfattivi descritti sopra nell'obiettivo 2, l'esperimento 3 utilizzerà metodi di elettrofisiologia intracranica per registrare direttamente da e fornire la stimolazione elettrica direttamente nelle sottoregioni dell'amigdala olfattiva umana durante i compiti olfattivi dall'obiettivo 2. La stimolazione non si discosterà dai protocolli clinici e sarà eseguita solo da medici. Questo metodo fornisce registrazioni dirette dell'attività neurale e consente l'interruzione dell'attività neurale per testare la necessità di regioni specifiche per comportamenti particolari. L'ipotesi è che l'interruzione dell'attività oscillatoria nell'amigdala corticale interromperà l'approccio olfattivo/eviterà i comportamenti, mentre l'interruzione dell'attività oscillatoria nell'amigdala mediale interromperà le decisioni percettive sociali olfattive.