Karakterisering van menselijke olfactorische Amygdala-subregio's

Specifieke doelstellingen:

De menselijke amygdala maakt deel uit van de primaire olfactorische cortex, in die zin dat het directe monosynaptische input ontvangt van de olfactorische bulb1-4. Dit suggereert een belangrijke rol voor de amygdala bij de reukverwerking, maar de anatomische en functionele eigenschappen van de reukinvoer naar de menselijke amygdala zijn grotendeels onontgonnen. Het overkoepelende doel van dit voorstel is om de rol van amygdala-subregio's in de menselijke reukverwerking op te helderen.

De bulbus olfactorius projecteert parallel aan meerdere corticale gebieden, waarvan wordt aangenomen dat elk ervan een unieke rol speelt in de reukverwerking5-10. Binnen de amygdala ontvangen verschillende afzonderlijke subregio's directe, monosynaptische bulb-invoer, wat verschillende rollen suggereert, maar hun reukfuncties worden niet volledig begrepen. Knaagdierstudies zijn begonnen met het onderzoeken van mogelijke rollen voor deze subregio's in olfactorisch geleid sociaal gedrag en benaderings-/vermijdingsgedrag11-15, met de allereerste opnames ooit van de posterolaterale corticale amygdala die onlangs is voltooid16. Ons begrip van deze gebieden is echter nog onvolledig. Met name hebben de meeste knaagdierstudies over de olfactorische amygdala-subregio's zich gericht op het accessoire olfactorische systeem, dat mensen missen. Bovendien hebben de meeste onderzoeken bij mensen de olfactorische amygdala-subregio's niet afzonderlijk beschouwd17-21. Dit is een kritische overweging, zowel omdat de meerderheid van de amygdala-subregio's geen olfactorische input ontvangt en omdat degenen die waarschijnlijk een verschillende rol spelen bij de olfactorische verwerking. Deze rollen kunnen niet worden begrepen zonder de subregio's afzonderlijk te analyseren. Er is dus een sterke behoefte aan meer onderzoek naar de rol van de subregio's van de menselijke amygdala bij reukzin. Belangrijk is dat olfactorische amygdala-subregio's betrokken zijn bij SUDEP22-26, de belangrijkste doodsoorzaak bij temporaalkwabepilepsie. Het begrijpen van de anatomische en functionele eigenschappen van deze regio's is daarom ook van klinisch belang.

Dit onderzoek zal menselijke olfactorische amygdala-subregio's bestuderen met behulp van een veelzijdige, rigoureuze aanpak. Het combineert gespecialiseerde diffusiegewogen beeldvorming met hoge resolutie, amygdala-gerichte fMRI met hoge resolutie, zeldzame directe elektrische stimulatie van de menselijke amygdala (puur klinisch voorgeschreven) en menselijke psychofysica, elk geschikt om een ​​andere vraag te beantwoorden.

Doel 1: De primaire olfactorische corticale gebieden van de menselijke amygdala anatomisch en functioneel karakteriseren. Experimenten voor dit doel zullen de menselijke primaire olfactorische amygdala-subregio's op anatomisch en functioneel niveau zorgvuldig karakteriseren. Experiment 1A zal gebruik maken van gespecialiseerde diffusie-gewogen beeldvorming om reukkanalen te lokaliseren die van en naar subregio's van de amygdala uitsteken. Experiment 1B zal rustende fMRI- en k-means clusteringalgoritmen gebruiken om amygdala-subregio's te verpakken en te karakteriseren op basis van verschillende functionele connectiviteitsprofielen van het hele brein. Experiment 1C zal gebeurtenisgerelateerde fMRI gebruiken om geurgevoelige subregio's van de amygdala functioneel te lokaliseren. De hypothese is dat de mediale, corticale en periamygdaloïde subregio's van de amygdala structurele connectiviteit met de bulbus olfactorius zullen vertonen, verbeterde geurresponsiviteit in vergelijking met andere subregio's en verschillende functionele connectiviteitsprofielen van de hele hersenen.

Doel 2: De hypothese testen dat activiteit in verschillende subregio's van de amygdala een weerspiegeling is van verschillend reukgedrag. Experimenten voor dit doel zullen fMRI-afgeleide ensemblepatronen en tijdreeksen gebruiken om verschillende olfactorische rollen voor amygdala-subregio's te onderzoeken, met uitstekende ruimtelijke resolutie en gelijktijdige dekking van de gehele amygdala. Het gebruik van fMRI-ensemblepatronen is ideaal, aangezien olfactorische corticale gebieden, waaronder de amygdala, een distributieve manier van coderen gebruiken16. Experiment 2A zal fMRI gebruiken om de activiteit in alle amygdala-subregio's te meten, terwijl identieke geuren worden gepresenteerd in verschillende ecologisch relevante contexten (sociaal, ruimtelijk en voedsel). Experiment 2B zal fMRI gebruiken om correlaties te onderzoeken tussen amygdala fMRI-patronen en olfactorisch naderen/vermijden van gedrag. De hypothese is dat, net als bij knaagdieren, activiteit in de mediale amygdala olfactorisch geleide sociale perceptuele beslissingen zal weerspiegelen en dat activiteit in de corticale amygdala olfactorisch geleid gedrag zal weerspiegelen/vermijden.

Doel 3: De noodzaak beoordelen van olfactorische amygdala-subregio's in verschillende olfactorische gedragingen. Om de noodzaak van olfactorische amygdala-subregio's te beoordelen in de verschillende olfactorische gedragingen die hierboven zijn beschreven in doel 2, zal experiment 3 intracraniële elektrofysiologische methoden gebruiken om rechtstreeks op te nemen van en elektrische stimulatie rechtstreeks toe te dienen aan menselijke olfactorische amygdala-subregio's tijdens de reuktaken van doel 2. Stimulatie wijkt niet af van klinische protocollen en wordt alleen door clinici uitgevoerd. Deze methode biedt directe opnames van neurale activiteit en maakt verstoring van neurale activiteit mogelijk om de noodzaak van specifieke regio's voor bepaald gedrag te testen. De hypothese is dat verstoring van oscillerende activiteit in de corticale amygdala olfactorische benadering / vermijdingsgedrag zal verstoren, terwijl verstoring van oscillerende activiteit in de mediale amygdala olfactorische sociale perceptuele beslissingen zal verstoren.