Karakterisering av menneskelige olfaktoriske Amygdala-underregioner

Spesifikke mål:

Den menneskelige amygdala er en del av primær olfactory cortex, ved at den mottar direkte monosynaptisk input fra olfactory bulb1-4. Dette antyder en viktig rolle for amygdala i luktbehandling, men de anatomiske og funksjonelle egenskapene til lukttilførsler til den menneskelige amygdala er stort sett uutforsket. Det overordnede målet med dette forslaget er å belyse rollen til amygdala-subregioner i menneskelig luktbehandling.

Luktepæren projiserer parallelt med flere kortikale områder, som hver antas å spille en unik rolle i luktbehandling5-10. Innenfor amygdala mottar flere distinkte underregioner direkte, monosynaptisk pæreinngang, noe som antyder distinkte roller, men deres luktfunksjoner er ikke fullt ut forstått. Gnagerstudier har begynt å utforske potensielle roller for disse underregionene i luktveiledet sosial og tilnærmings-/unngåelsesadferd11-15, med de første opptakene noensinne av den posterolaterale kortikale amygdalaen som ble gjort nylig16. Vår forståelse av disse områdene er imidlertid fortsatt ufullstendig. Spesielt har de fleste gnagerstudier på de olfaktoriske amygdala-underregionene fokusert på det ekstra luktesystemet, som mennesker mangler. Videre har de fleste menneskelige studier ikke vurdert olfaktoriske amygdala-underregioner separat17-21. Dette er en kritisk vurdering, både fordi flertallet av amygdala-underregionene ikke mottar luktinndata, og fordi de som sannsynligvis spiller forskjellige roller i luktbehandling. Disse rollene kan ikke forstås uten å analysere underregionene separat. Dermed er det et sterkt behov for mer forskning på rollen til de menneskelige amygdala-subregionene i lukte. Viktigere er at olfaktoriske amygdala-underregioner har blitt implisert i SUDEP22-26, den ledende dødsårsaken ved temporallappepilepsi. Å forstå de anatomiske og funksjonelle egenskapene til disse regionene er derfor også av klinisk betydning.

Denne forskningen vil studere menneskelige olfaktoriske amygdala-underregioner ved å bruke en mangefasettert, streng tilnærming. Den vil kombinere spesialisert høyoppløselig diffusjonsvektet avbildning, høyoppløselig amygdala-målrettet fMRI, sjelden direkte elektrisk stimulering av den menneskelige amygdala (rent klinisk foreskrevet) og menneskelig psykofysikk, hver egnet til å ta opp et annet spørsmål.

Mål 1: Å anatomisk og funksjonelt karakterisere de primære olfaktoriske kortikale områdene i den menneskelige amygdala. Eksperimenter for dette målet vil nøye karakterisere menneskelige primære olfaktoriske amygdala-underregioner på anatomisk og funksjonelt nivå. Eksperiment 1A vil bruke spesialisert diffusjonsvektet avbildning for å lokalisere luktekanaler som rager til og fra amygdala-underregioner. Eksperiment 1B vil bruke hvilende fMRI og k-betyr klyngealgoritmer for å dele og karakterisere amygdala-underregioner basert på distinkte funksjonelle tilkoblingsprofiler for hele hjernen. Eksperiment 1C vil bruke hendelsesrelatert fMRI for å funksjonelt lokalisere lukt-responsive subregioner av amygdala. Hypotesen er at de mediale, kortikale og periamygdaloide subregionene av amygdala vil vise strukturell tilkobling med luktpæren, forbedret luktrespons sammenlignet med andre underregioner, og distinkte funksjonelle tilkoblingsprofiler for hele hjernen.

Mål 2: Å teste hypotesen om at aktivitet i distinkte amygdala-underregioner reflekterer distinkt luktatferd. Eksperimenter for dette målet vil bruke fMRI-avledede ensemblemønstre og tidsserier for å utforske distinkte olfaktoriske roller for amygdala-underregioner, med utmerket romlig oppløsning og samtidig dekning av hele amygdala. Bruken av fMRI-ensemblemønstre er ideell, siden olfaktoriske kortikale områder inkludert amygdala bruker en distributiv kodingsmodus16. Eksperiment 2A vil bruke fMRI for å måle aktivitet på tvers av alle amygdala-underregioner, mens de presenterer identiske lukter under forskjellige økologisk relevante kontekster (sosial, romlig og mat). Eksperiment 2B vil bruke fMRI for å undersøke korrelasjoner mellom amygdala fMRI-mønstre og lukttilnærming/unngå atferd. Hypotesen er at, som hos gnagere, vil aktivitet i den mediale amygdala reflektere luktstyrte sosiale perseptuelle beslutninger og at aktivitet i den kortikale amygdala vil reflektere luktveiledet tilnærming/unngå atferd.

Mål 3: Å vurdere nødvendigheten av olfactory amygdala subregioner i distinkt olfactory atferd. For å vurdere nødvendigheten av olfaktoriske amygdala-underregioner i den distinkte luktatferden beskrevet ovenfor i mål 2, vil eksperiment 3 bruke intrakranielle elektrofysiologiske metoder for å registrere direkte fra, og levere elektrisk stimulering direkte inn i, humane olfaktoriske amygdala-subregioner under luktoppgavene fra Aim 2. Stimulering vil ikke avvike fra kliniske protokoller, og vil kun utføres av klinikere. Denne metoden gir direkte registreringer av nevral aktivitet, og tillater forstyrrelse av nevral aktivitet for å teste nødvendigheten av spesifikke regioner for spesiell atferd. Hypotesen er at forstyrrelse av oscillerende aktivitet i den kortikale amygdala vil forstyrre lukttilnærming/unngå atferd, mens forstyrrelse av oscillerende aktivitet i mediale amygdala vil forstyrre luktesosiale perseptuelle beslutninger.