Elektrofysiologiske representasjoner av luktidentitet Studie 2

Luktesans er avhengig av hjernens evne til å ekstrahere og representere ulike trekk ved en luktestimulus.

For eksempel er intensitet og identitet grunnleggende trekk ved lukteoppfatningen som må kodes separat for nøyaktig oppfatning; den samme lukten kan oppleves ved ulike styrker. Forståelsen av nevrale representasjoner av lukteoppfatningens trekk er grunnleggende for å forstå luktesystemet, men de nevrale korrelatene til lukteintensitet og identitet er dårlig forstått i den menneskelige hjernen.

Feltet for luktesans bruker typisk kjemi som en proxy for oppfatning og fokuserer på å manipulere fysiske egenskaper ved en stimulus for å søke etter nevrale korrelater. For eksempel brukes typisk kjemisk konsentrasjon og molekylær identitet som proxy for lukteintensitet og identitet. Imidlertid er verden som dyr oppfatter ikke en fullstendig representasjon av den fysiske virkeligheten; den er et produkt av de spesifikke sensorsystemene som hver art har tilegnet seg i evolusjonens løp. For å forstå hvordan hjernen danner representasjoner av luktenes oppfatningstrekk, må vi identifisere forhold mellom trekk ved nevrale responser og oppfatningsvurderinger.

Mens nye atferdsparadigmer i gnagere kan gi gode estimater av oppfatningsvurderinger for ulike trekk ved lukter (intensitet, identitet), kan mennesker direkte gi oppfatningsvurderinger av ulike trekk ved en lukt. Derfor er menneskelig arbeid nødvendig for å fullt ut forstå lukteoppfatning.

Det manglende bindeleddet mellom nevrale signaturer og luktens oppfatningsegenskaper er et kritisk gap i vår forståelse av luktekoding. Her vil vi kombinere menneskelige intrakranielle opptak – inkludert direkte nevrale opptak fra menneskelig luktekortex – med samtidig tilførsel av nøyaktig kontrollerte lukter med varierende intensitet/identitet og trial-for-trial innsamling av psykofysiske vurderinger for å forstå hvordan lukter representeres i den menneskelige hjernen. Nøyaktige luktepsykofysiske vurderinger er en kritisk del av vårt forslag. Derfor vil vi samarbeide med ledende eksperter på menneskelig psykofysikk ved Monel Chemical Senses Center, Dr. Pamela Dalton og Dr. Joel Mainland. Som medundersøkere på dette tilskuddet vil deres ekspertise innen menneskelig psykofysikk kombineres med min labs ekspertise innen menneskelig lukteelektrofysiologi for å gi feltet en forståelse av tilknytningene mellom lukteoppfatning og nevrale koder i den menneskelige hjernen. For å identifisere en nevral representasjon av lukteidentitet, er det nødvendig å skille molekylær struktur fra oppfatningsidentitet/likhet.

Hvorvidt luktesystemet benytter en kodeskjema der likheten mellom nevrale trekk er systematisk relatert til oppfatningslikhet er ukjent. Eksperimenter for dette målet vil innhente oppfatningsresponser mens man manipulerer oppfatningslikhet. I Eksperiment 1A vil vi undersøke trekk ved nevrale responser under naturlig atferd med fri navngiving av lukter. I Eksperiment 1B vil vi manipulere oppfatningslikhet med luktemetamerer og samle inn oppfatnings- og nevrale data for hver trial. Foreløpige data tyder på at de tidligste, høyfrekvente komponentene i piriformresponsen optimalt kan dekode oppfatningsidentitet.