Elektrofizjologiczne reprezentacje zapachu w badaniu ludzkiego mózgu 1

Percepcja węchowa opiera się na zdolności mózgu do wyodrębniania i przedstawiania różnych cech bodźca zapachowego. Na przykład intensywność i tożsamość to podstawowe cechy percepcji węchowej, które muszą być zakodowane osobno, aby zapewnić dokładną percepcję; ten sam zapach można wyczuć przy różnej mocy. Zrozumienie neuronalnych reprezentacji węchowych cech percepcyjnych ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia układu węchowego, jednakże neuronalne korelaty intensywności i tożsamości zapachu są słabo poznane w ludzkim mózgu.

W dziedzinie węchu zazwyczaj wykorzystuje się chemię jako zastępczą percepcję i koncentruje się na manipulowaniu właściwościami fizycznymi bodźca w poszukiwaniu korelatów neuronowych. Na przykład stężenie chemiczne i tożsamość molekularna są zwykle stosowane jako wskaźniki intensywności i tożsamości zapachu. Jednak świat postrzegany przez zwierzęta nie jest pełną reprezentacją rzeczywistości fizycznej; jest produktem szczególnych systemów sensorycznych, które każdy gatunek nabył w trakcie ewolucji. Aby zrozumieć, w jaki sposób mózg tworzy reprezentacje cech percepcyjnych zapachów, musimy zidentyfikować związki między cechami reakcji neuronowych a ocenami percepcyjnymi. Chociaż nowe paradygmaty behawioralne u gryzoni mogą zapewnić dobre szacunki ocen percepcyjnych różnych cech zapachów (intensywność, tożsamość), ludzie mogą bezpośrednio zapewnić oceny percepcyjne różnych cech zapachu. Dlatego do pełnego zrozumienia percepcji węchowej konieczna jest praca człowieka.

Brakujące ogniwo między sygnaturami neuronalnymi a percepcyjnymi właściwościami zapachu stanowi kluczową lukę w naszym rozumieniu kodowania zapachów. W tym miejscu połączymy nagrania wewnątrzczaszkowe człowieka – w tym bezpośrednie nagrania neuronowe z ludzkiej kory węchowej – z jednoczesnym dostarczaniem precyzyjnie kontrolowanych zapachów o różnej intensywności/tożsamości i zbieraniem prób psychofizycznych metodą próba po próbie, aby zrozumieć, w jaki sposób zapachy są reprezentowane w ludzkim mózgu .

Dokładne węchowe oceny psychofizyczne są kluczową częścią naszej propozycji. Dlatego będziemy współpracować z czołowymi ekspertami w dziedzinie psychofizyki człowieka w Monel Chemical Senses Center, dr Pamelą Dalton i dr Joelem Mainland. Jako współbadacze biorący udział w tym grantie, ich wiedza specjalistyczna w zakresie psychofizyki człowieka zostanie połączona z doświadczeniem mojego laboratorium w zakresie elektrofizjologii węchowej człowieka, aby zapewnić tej dziedzinie zrozumienie mapowań pomiędzy percepcją węchową a kodami neuronowymi w ludzkim mózgu.

Cel 1: Badanie reprezentacji intensywności zapachu w ludzkiej korze gruszkowatej. Aby zidentyfikować neuronową reprezentację postrzeganej intensywności zapachu, konieczne jest oddzielenie stężenia bodźca od postrzeganej intensywności. Eksperymenty w tym celu będą mierzyć ludzkie reakcje percepcyjne, manipulując intensywnością niezależnie od stężenia, stosując dwa uzupełniające się podejścia. W eksperymencie 1A porównamy postrzegane intensywności zapachów o różnych stężeniach, co pozwoli nam zidentyfikować neuronową reprezentację intensywności niezależną od tożsamości bodźca i stężenia. W eksperymencie 1B za pomocą adaptacji stworzymy warunki o różnej postrzeganej intensywności w odpowiedzi na stałe bodźce zapachowe. Podejście do tego samego pytania z różnych punktów widzenia wzmocni wiarygodność naszych ustaleń. Wstępne dane sugerują, że czasowe cechy odpowiedzi nerwowej gruszkowatej mogą odzwierciedlać intensywność zapachu.