Rappresentazioni elettrofisiologiche dell'odore nello studio del cervello umano 1

La percezione olfattiva si basa sulla capacità del cervello di estrarre e rappresentare diverse caratteristiche di uno stimolo olfattivo. Ad esempio, intensità e identità sono caratteristiche fondamentali della percezione olfattiva che devono essere codificate separatamente per una percezione accurata; lo stesso odore può essere riscontrato a diverse intensità. Comprendere le rappresentazioni neurali delle caratteristiche percettive olfattive è fondamentale per comprendere il sistema olfattivo, tuttavia i correlati neurali dell'intensità e dell'identità dell'odore sono scarsamente compresi nel cervello umano.

Il campo dell'olfatto utilizza tipicamente la chimica come proxy per la percezione e si concentra sulla manipolazione delle proprietà fisiche di uno stimolo per cercare correlati neurali. Ad esempio, la concentrazione chimica e l'identità molecolare vengono generalmente utilizzate come indicatori dell'intensità e dell'identità dell'odore. Tuttavia, il mondo che gli animali percepiscono non è una rappresentazione completa della realtà fisica; è un prodotto dei particolari sistemi sensoriali che ciascuna specie ha acquisito nel corso dell'evoluzione. Per comprendere come il cervello forma rappresentazioni delle caratteristiche percettive degli odori, dobbiamo identificare le relazioni tra le caratteristiche delle risposte neurali e le valutazioni percettive. Mentre i nuovi paradigmi comportamentali nei roditori possono fornire buone stime delle valutazioni percettive delle diverse caratteristiche degli odori (intensità, identità), gli esseri umani possono fornire direttamente valutazioni percettive delle diverse caratteristiche di un odore. Pertanto, il lavoro umano è necessario per comprendere appieno la percezione olfattiva.

L’anello mancante tra le firme neurali e le proprietà percettive dell’odore è una lacuna critica nella nostra comprensione della codifica degli odori. Qui, combineremo le registrazioni intracraniche umane, comprese le registrazioni neurali dirette dalla corteccia olfattiva umana, con la consegna simultanea di odori controllati con precisione di varia intensità/identità e la raccolta prova per prova di valutazioni psicofisiche per comprendere come gli odori sono rappresentati nel cervello umano. .

Le accurate valutazioni psicofisiche olfattive sono una parte fondamentale della nostra proposta. Pertanto, lavoreremo con i maggiori esperti di psicofisica umana presso il Monel Chemical Senses Center, la Dott.ssa Pamela Dalton e il Dott. Joel continente. In qualità di co-ricercatori di questa borsa di studio, la loro esperienza in psicofisica umana si unirà all'esperienza del mio laboratorio nell'elettrofisiologia olfattiva umana per fornire al campo una comprensione delle mappature tra percezione olfattiva e codici neurali nel cervello umano.

Obiettivo 1: indagare le rappresentazioni dell'intensità dell'odore nella corteccia piriforme umana. Per identificare una rappresentazione neurale dell'intensità dell'odore percepita, è necessario dissociare la concentrazione dello stimolo dall'intensità percepita. Gli esperimenti a questo scopo misureranno le risposte percettive umane manipolando l'intensità indipendentemente dalla concentrazione utilizzando due approcci complementari. Nell'esperimento 1A, abbineremo le intensità percepite tra odori di diverse concentrazioni, permettendoci di identificare una rappresentazione neurale dell'intensità che è indipendente dall'identità e dalla concentrazione dello stimolo. Nell'esperimento 1B, creeremo condizioni di diversa intensità percepita su stimoli olfattivi costanti utilizzando l'adattamento. Affrontare la stessa domanda da diverse angolazioni rafforzerà la robustezza dei nostri risultati. Dati preliminari suggeriscono che le caratteristiche temporali della risposta neurale piriforme possono rappresentare l'intensità dell'odore.