Charakterystyka podregionów ludzkiego ciała migdałowatego węchowego

Cele szczegółowe:

Ludzkie ciało migdałowate jest częścią pierwotnej kory węchowej, ponieważ otrzymuje bezpośrednie sygnały monosynaptyczne z opuszki węchowej1-4. Sugeruje to ważną rolę ciała migdałowatego w przetwarzaniu węchowym, jednak anatomiczne i funkcjonalne właściwości węchowych danych wejściowych do ludzkiego ciała migdałowatego są w dużej mierze niezbadane. Nadrzędnym celem tej propozycji jest wyjaśnienie roli podregionów ciała migdałowatego w przetwarzaniu węchowym człowieka.

Opuszka węchowa wystaje równolegle do wielu obszarów korowych, z których każdy odgrywa wyjątkową rolę w przetwarzaniu węchowym5-10. W ciele migdałowatym kilka odrębnych podregionów otrzymuje bezpośredni sygnał z żarówki monosynaptycznej, co sugeruje różne role, jednak ich funkcje węchowe nie są w pełni poznane. Badania na gryzoniach zaczęły badać potencjalne role tych podregionów w zachowaniach społecznych kierowanych przez węch i zachowaniach zbliżeniowych/unikających11-15, z pierwszymi w historii zapisami tylno-bocznego korowego ciała migdałowatego dokonane niedawno16. Jednak nasza wiedza na temat tych obszarów jest wciąż niepełna. Warto zauważyć, że większość badań gryzoni nad podregionami węchowego ciała migdałowatego skupiała się na dodatkowym układzie węchowym, którego brakuje ludziom. Co więcej, większość badań na ludziach nie uwzględniała osobno podregionów ciała migdałowatego węchowego17-21. Jest to kwestia krytyczna, zarówno dlatego, że większość podregionów ciała migdałowatego nie otrzymuje bodźców węchowych, jak i dlatego, że te, które prawdopodobnie odgrywają różne role w przetwarzaniu węchowym. Role te nie mogą być zrozumiane bez oddzielnej analizy subregionów. Dlatego istnieje silna potrzeba dalszych badań nad rolą podregionów ludzkiego ciała migdałowatego w powonieniu. Co ważne, podregiony ciała migdałowatego węchowego są zaangażowane w SUDEP22-26, główną przyczynę śmierci w padaczce płata skroniowego. Zrozumienie anatomicznych i funkcjonalnych właściwości tych regionów ma zatem również znaczenie kliniczne.

W ramach tych badań zbadane zostaną podregiony ludzkiego ciała migdałowatego węchowego przy użyciu wielopłaszczyznowego, rygorystycznego podejścia. Będzie łączyć wyspecjalizowane obrazowanie ważone dyfuzją o wysokiej rozdzielczości, fMRI o wysokiej rozdzielczości ukierunkowane na ciało migdałowate, rzadką bezpośrednią stymulację elektryczną ludzkiego ciała migdałowatego (wyłącznie zalecaną klinicznie) i psychofizykę człowieka, z których każdy będzie odpowiedni do rozwiązania innego pytania.

Cel 1: Anatomicznie i funkcjonalnie scharakteryzować pierwotne węchowe obszary korowe ludzkiego ciała migdałowatego. Eksperymenty przeprowadzone w tym celu pozwolą dokładnie scharakteryzować podregiony pierwotnego ciała migdałowatego człowieka na poziomie anatomicznym i funkcjonalnym. Eksperyment 1A będzie wykorzystywał specjalistyczne obrazowanie ważone dyfuzją w celu zlokalizowania dróg węchowych wystających do iz subregionów ciała migdałowatego. Eksperyment 1B wykorzysta spoczynkowe algorytmy grupowania fMRI i k-średnich w celu podzielenia i scharakteryzowania podregionów ciała migdałowatego w oparciu o różne funkcjonalne profile łączności całego mózgu. Eksperyment 1C wykorzysta fMRI związane ze zdarzeniami, aby funkcjonalnie zlokalizować reagujące na zapach podregiony ciała migdałowatego. Hipoteza jest taka, że ​​podregiony przyśrodkowe, korowe i okołomigdałowe ciała migdałowatego będą wykazywać łączność strukturalną z opuszki węchowej, zwiększoną reakcję na zapachy w porównaniu z innymi podregionami oraz odrębne profile połączeń funkcjonalnych całego mózgu.

Cel 2: Zbadanie hipotezy, że aktywność w różnych podregionach ciała migdałowatego odzwierciedla różne zachowania węchowe. Eksperymenty w tym celu będą wykorzystywać wzorce zespołów pochodzące z fMRI i szeregi czasowe w celu zbadania różnych ról węchowych dla podregionów ciała migdałowatego, z doskonałą rozdzielczością przestrzenną i jednoczesnym pokryciem całego ciała migdałowatego. Zastosowanie wzorców zespołowych fMRI jest idealne, ponieważ obszary kory węchowej, w tym ciało migdałowate, wykorzystują dystrybucyjny tryb kodowania16. Eksperyment 2A wykorzysta fMRI do pomiaru aktywności we wszystkich podregionach ciała migdałowatego, prezentując identyczne zapachy w różnych ekologicznie istotnych kontekstach (społecznych, przestrzennych i żywnościowych). Eksperyment 2B wykorzysta fMRI do zbadania korelacji między wzorcami fMRI ciała migdałowatego a zachowaniami węchowymi/unikania. Hipoteza jest taka, że ​​podobnie jak u gryzoni, aktywność przyśrodkowego ciała migdałowatego będzie odzwierciedlać społeczne decyzje percepcyjne kierowane przez węch, a aktywność korowego ciała migdałowatego będzie odzwierciedlać zachowania kierowane przez węch / unikane.

Cel 3: Ocena konieczności węchowych podregionów ciała migdałowatego w różnych zachowaniach węchowych. Aby ocenić konieczność występowania podregionów ciała migdałowatego węchowego w różnych zachowaniach węchowych opisanych powyżej w Celu 2, Eksperyment 3 wykorzysta metody elektrofizjologii wewnątrzczaszkowej do bezpośredniego rejestrowania i dostarczania stymulacji elektrycznej bezpośrednio do podregionów ludzkiego ciała migdałowatego węchowego podczas zadań węchowych z Celu 2. Stymulacja nie będzie odbiegać od protokołów klinicznych i będzie wykonywana wyłącznie przez lekarzy. Ta metoda zapewnia bezpośrednie zapisy aktywności neuronów i umożliwia zakłócenie aktywności neuronów w celu przetestowania konieczności określonych regionów dla określonych zachowań. Hipoteza głosi, że zakłócenie aktywności oscylacyjnej w korowym ciele migdałowatym zakłóci zachowania węchowe / unikanie, podczas gdy zakłócenie aktywności oscylacyjnej w przyśrodkowym ciele migdałowatym zakłóci węchowe społeczne decyzje percepcyjne.