Elektrofysiologische representaties van geur in het menselijk breinonderzoek 1

Olfactorische perceptie is afhankelijk van het vermogen van de hersenen om verschillende kenmerken van een geurstimulus te extraheren en weer te geven. Intensiteit en identiteit zijn bijvoorbeeld fundamentele kenmerken van de reukwaarneming die afzonderlijk moeten worden gecodeerd voor nauwkeurige waarneming; dezelfde geur kan bij verschillende sterktes worden aangetroffen. Het begrijpen van neurale representaties van reukperceptuele kenmerken is van fundamenteel belang voor het begrijpen van het reuksysteem, maar de neurale correlaten van geurintensiteit en identiteit worden slecht begrepen in het menselijk brein.

Het reukveld gebruikt doorgaans chemie als proxy voor perceptie en richt zich op het manipuleren van fysieke eigenschappen van een stimulus om te zoeken naar neurale correlaten. Chemische concentratie en moleculaire identiteit worden bijvoorbeeld doorgaans gebruikt als maatstaf voor geurintensiteit en identiteit. De wereld die dieren waarnemen is echter geen volledige weergave van de fysieke realiteit; het is een product van de specifieke sensorische systemen die elke soort in de loop van de evolutie heeft verworven. Om te begrijpen hoe de hersenen representaties vormen van perceptuele kenmerken van geuren, moeten we relaties identificeren tussen kenmerken van neurale reacties en perceptuele beoordelingen. Hoewel nieuwe gedragsparadigma's bij knaagdieren goede schattingen kunnen opleveren van perceptuele beoordelingen van verschillende kenmerken van geuren (intensiteit, identiteit), kunnen mensen direct perceptuele beoordelingen geven van verschillende kenmerken van een geur. Daarom is menselijk werk noodzakelijk om de reukwaarneming volledig te begrijpen.

De ontbrekende schakel tussen neurale signatuur en perceptuele eigenschappen van geur is een kritische leemte in ons begrip van geurcodering. Hier zullen we menselijke intracraniale opnames – inclusief directe neurale opnames van de menselijke reukcortex – combineren met gelijktijdige levering van nauwkeurig gecontroleerde geuren van verschillende intensiteit/identiteit en proef-voor-proef verzameling van psychofysische beoordelingen om te begrijpen hoe geuren worden weergegeven in het menselijk brein. .

Nauwkeurige olfactorische psychofysische beoordelingen zijn een cruciaal onderdeel van ons voorstel. Daarom zullen we samenwerken met vooraanstaande experts op het gebied van de menselijke psychofysica bij het Monel Chemical Senses Center, Dr. Pamela Dalton en Dr. Joel Mainland. Als medeonderzoekers van deze subsidie ​​zal hun expertise op het gebied van menselijke psychofysica worden gecombineerd met de expertise van mijn laboratorium op het gebied van menselijke reukelektrofysiologie om het veld inzicht te geven in de mappings tussen reukperceptie en neurale codes in het menselijk brein.

Doel 1: Onderzoek naar representaties van geurintensiteit in de menselijke piriformcortex. Om een ​​neurale representatie van de waargenomen geurintensiteit te identificeren, is het noodzakelijk om de stimulusconcentratie te scheiden van de waargenomen intensiteit. Experimenten voor dit doel zullen menselijke perceptuele reacties meten, terwijl de intensiteit onafhankelijk van de concentratie wordt gemanipuleerd met behulp van twee complementaire benaderingen. In Experiment 1A zullen we de waargenomen intensiteiten van geuren met verschillende concentraties matchen, waardoor we een neurale representatie van de intensiteit kunnen identificeren die onafhankelijk is van de identiteit en concentratie van de stimulus. In Experiment 1B zullen we met behulp van aanpassing omstandigheden creëren met een verschillende waargenomen intensiteit bij constante geurstimuli. Het benaderen van dezelfde vraag vanuit verschillende invalshoeken zal de robuustheid van onze bevindingen versterken. Voorlopige gegevens suggereren dat temporele kenmerken van de piriforme neurale respons de geurintensiteit kunnen vertegenwoordigen.