Elektrofysiologiske representasjoner av lukt i den menneskelige hjernen Studie 1

Luktoppfatning er avhengig av hjernens evne til å trekke ut og representere ulike trekk ved en luktstimulus. For eksempel er intensitet og identitet grunnleggende trekk ved luktoppfatningen som må kodes separat for nøyaktig persepsjon; den samme lukten kan oppstå ved forskjellige styrker. Å forstå nevrale representasjoner av olfaktoriske perseptuelle trekk er grunnleggende for å forstå olfaktoriske systemet, men de nevrale korrelatene av luktintensitet og identitet er dårlig forstått i den menneskelige hjernen.

Feltet lukte bruker vanligvis kjemi som en proxy for persepsjon og fokuserer på å manipulere fysiske egenskaper til en stimulus for å se etter nevrale korrelater. For eksempel brukes kjemisk konsentrasjon og molekylær identitet vanligvis som proxyer for luktintensitet og identitet. Verden som dyr oppfatter er imidlertid ikke en fullstendig representasjon av den fysiske virkeligheten; det er et produkt av de spesielle sansesystemene som hver art har tilegnet seg i løpet av evolusjonen. For å forstå hvordan hjernen danner representasjoner av perseptuelle trekk ved lukt, må vi identifisere forhold mellom trekk ved nevrale responser og perseptuelle vurderinger. Mens nye atferdsparadigmer hos gnagere kan gi gode estimater av perseptuelle vurderinger av forskjellige egenskaper ved lukt (intensitet, identitet), kan mennesker direkte gi perseptuelle vurderinger av forskjellige egenskaper ved en lukt. Derfor er menneskelig arbeid nødvendig for fullt ut å forstå luktoppfatningen.

Den manglende koblingen mellom nevrale signaturer og perseptuelle egenskaper ved lukt er et kritisk gap i vår forståelse av luktkoding. Her vil vi kombinere menneskelige intrakranielle opptak - inkludert direkte nevrale opptak fra menneskelig luktbark - med samtidig levering av nøyaktig kontrollerte lukter av varierende intensitet/identitet og prøve-for-prøve samling av psykofysiske vurderinger for å forstå hvordan lukt er representert i den menneskelige hjernen .

Nøyaktige olfaktoriske psykofysiske vurderinger er en kritisk del av vårt forslag. Derfor vil vi samarbeide med ledende eksperter innen menneskelig psykofysikk ved Monel Chemical Senses Center, Dr. Pamela Dalton og Dr. Joel Mainland. Som co-etterforskere på denne bevilgningen, vil deres ekspertise innen menneskelig psykofysikk kombineres med laboratoriets ekspertise innen menneskelig luktelektrofysiologi for å gi feltet en forståelse av kartleggingen mellom luktpersepsjon og nevrale koder i den menneskelige hjernen.

Mål 1: Undersøke representasjoner av luktintensitet i menneskelig piriform cortex. For å identifisere en nevrale representasjon av oppfattet luktintensitet, er det nødvendig å skille stimuluskonsentrasjon fra oppfattet intensitet. Eksperimenter for dette målet vil måle menneskelige perseptuelle responser mens de manipulerer intensitet uavhengig av konsentrasjon ved å bruke to komplementære tilnærminger. I eksperiment 1A vil vi matche opplevde intensiteter på tvers av lukt av forskjellige konsentrasjoner, slik at vi kan identifisere en nevral representasjon av intensitet som er uavhengig av stimulus identitet og konsentrasjon. I eksperiment 1B vil vi skape forhold med ulik opplevd intensitet over konstante luktstimuli ved hjelp av tilpasning. Å nærme seg det samme spørsmålet fra forskjellige vinkler vil styrke robustheten til funnene våre. Foreløpige data tyder på at tidsmessige trekk ved den piriforme nevrale responsen kan representere luktintensitet.