Caracterização das sub-regiões da amígdala olfativa humana

Objetivos Específicos:

A amígdala humana faz parte do córtex olfativo primário, na medida em que recebe informações monossinápticas diretas do bulbo olfatório1-4. Isso sugere um papel importante para a amígdala no processamento olfativo, mas as propriedades anatômicas e funcionais das entradas olfativas para a amígdala humana são amplamente inexploradas. O objetivo geral desta proposta é elucidar o papel das sub-regiões da amígdala no processamento olfativo humano.

O bulbo olfativo se projeta em paralelo para múltiplas áreas corticais, cada uma das quais desempenha um papel único no processamento olfativo5-10. Dentro da amígdala, várias sub-regiões distintas recebem informações diretas e monossinápticas do bulbo, sugerindo papéis distintos, mas suas funções olfativas não são totalmente compreendidas. Estudos com roedores começaram a explorar papéis potenciais para essas sub-regiões em comportamentos sociais e de abordagem/evitação guiados pelo olfato11-15, com os primeiros registros da amígdala cortical póstero-lateral realizados recentemente16. No entanto, nossa compreensão dessas áreas ainda é incompleta. Notavelmente, a maioria dos estudos com roedores nas sub-regiões da amígdala olfativa se concentrou no sistema olfativo acessório, que falta aos humanos. Além disso, a maioria dos estudos em humanos não considerou as sub-regiões da amígdala olfatória separadamente17-21. Esta é uma consideração crítica, porque a maioria das sub-regiões da amígdala não recebe entradas olfativas e porque aquelas que recebem provavelmente desempenham papéis distintos no processamento olfativo. Esses papéis não podem ser compreendidos sem analisar as sub-regiões separadamente. Assim, há uma forte necessidade de mais pesquisas sobre o papel das sub-regiões da amígdala humana no olfato. É importante ressaltar que as sub-regiões olfativas da amígdala foram implicadas na SUDEP22-26, a principal causa de morte na epilepsia do lobo temporal. Compreender as propriedades anatômicas e funcionais dessas regiões é, portanto, também de importância clínica.

Esta pesquisa estudará as sub-regiões da amígdala olfativa humana usando uma abordagem rigorosa e multifacetada. Ele combinará imagens especializadas de alta resolução ponderadas por difusão, fMRI de alta resolução direcionada à amígdala, rara estimulação elétrica direta da amígdala humana (prescrita puramente clinicamente) e psicofísica humana, cada uma adequada para abordar uma questão diferente.

Objetivo 1: Caracterizar anatômica e funcionalmente as regiões corticais olfativas primárias da amígdala humana. Experimentos para esse objetivo caracterizarão cuidadosamente as sub-regiões da amígdala olfativa primária humana nos níveis anatômico e funcional. O experimento 1A usará imagens ponderadas por difusão especializadas para localizar os tratos olfativos que se projetam de e para as sub-regiões da amígdala. O Experimento 1B usará algoritmos de agrupamento fMRI e k-means em repouso para parcelar e caracterizar as sub-regiões da amígdala com base em perfis distintos de conectividade funcional do cérebro inteiro. O Experimento 1C usará fMRI relacionada a eventos para localizar funcionalmente sub-regiões responsivas a odores da amígdala. A hipótese é que as sub-regiões medial, cortical e periamigdaloide da amígdala exibirão conectividade estrutural com o bulbo olfatório, maior capacidade de resposta ao odor em comparação com outras sub-regiões e perfis distintos de conectividade funcional de todo o cérebro.

Objetivo 2: Testar a hipótese de que a atividade em sub-regiões distintas da amígdala reflete comportamentos olfativos distintos. Experimentos para este objetivo usarão padrões de conjunto derivados de fMRI e séries temporais para explorar papéis olfativos distintos para sub-regiões da amígdala, com excelente resolução espacial e cobertura simultânea de toda a amígdala. O uso de padrões de conjunto fMRI é ideal, uma vez que as áreas corticais olfativas, incluindo a amígdala, usam um modo distributivo de codificação16. O experimento 2A usará fMRI para medir a atividade em todas as sub-regiões da amígdala, apresentando odores idênticos em diferentes contextos ecologicamente relevantes (social, espacial e alimentar). O Experimento 2B usará fMRI para examinar as correlações entre os padrões de fMRI da amígdala e os comportamentos de abordagem/evitação olfativa. A hipótese é que, como em roedores, a atividade na amígdala medial refletirá decisões perceptivas sociais guiadas pelo olfato e que a atividade na amígdala cortical refletirá comportamentos de abordagem/evitação guiados pelo olfato.

Objetivo 3: Avaliar a necessidade de sub-regiões olfativas da amígdala em comportamentos olfativos distintos. Para avaliar a necessidade de sub-regiões olfativas da amígdala nos distintos comportamentos olfativos descritos acima no Objetivo 2, o Experimento 3 usará métodos de eletrofisiologia intracraniana para registrar diretamente e fornecer estimulação elétrica diretamente nas sub-regiões olfativas humanas da amígdala durante as tarefas olfativas do Objetivo 2. A estimulação não se desviará dos protocolos clínicos e será realizada apenas por médicos. Este método fornece gravações diretas de atividade neural e permite a interrupção da atividade neural para testar a necessidade de regiões específicas para determinados comportamentos. A hipótese é que a interrupção da atividade oscilatória na amígdala cortical interromperá os comportamentos de abordagem/evitação olfativa, enquanto a interrupção da atividade oscilatória na amígdala medial interromperá as decisões perceptivas sociais olfativas.