Характеристика субрегионов обонятельной миндалины человека

Конкретные цели:

Миндалевидное тело человека является частью первичной обонятельной коры в том смысле, что оно получает прямой моносинаптический вход от обонятельной луковицы1-4. Это предполагает важную роль миндалевидного тела в обонятельной обработке, однако анатомические и функциональные свойства обонятельных входов в миндалевидное тело человека в значительной степени не изучены. Главной целью этого предложения является выяснение роли субрегионов миндалины в обработке обоняния человека.

Обонятельная луковица проецируется параллельно множеству областей коры, каждая из которых, как полагают, играет уникальную роль в обработке обоняния5-10. В миндалевидном теле несколько отдельных субрегионов получают прямой моносинаптический импульс от луковицы, что предполагает разные роли, но их обонятельные функции до конца не изучены. Исследования на грызунах начали изучать потенциальную роль этих субрегионов в управляемом обонянием социальном поведении и поведении приближения/избегания11-15, при этом недавно были получены первые в истории записи заднелатеральной корковой миндалины16. Однако наше понимание этих областей все еще неполно. Примечательно, что большинство исследований на грызунах субрегионов обонятельной миндалины были сосредоточены на дополнительной обонятельной системе, которой нет у людей. Кроме того, в большинстве исследований на людях обонятельные субрегионы миндалины не рассматривались отдельно17-21. Это критическое соображение как потому, что большинство субрегионов миндалины не получают обонятельные входы, так и потому, что те, которые, вероятно, играют разные роли в обонятельной обработке. Эти роли невозможно понять без отдельного анализа субрегионов. Таким образом, существует острая необходимость в дополнительных исследованиях роли субрегионов миндалины человека в обонянии. Важно отметить, что субрегионы обонятельной миндалины вовлечены в SUDEP22-26, ведущую причину смерти при височной эпилепсии. Поэтому понимание анатомических и функциональных свойств этих областей также имеет клиническое значение.

Это исследование будет изучать субрегионы обонятельной миндалины человека с использованием многогранного и тщательного подхода. Он будет сочетать в себе специализированную диффузионно-взвешенную визуализацию с высоким разрешением, фМРТ с высоким разрешением, ориентированную на миндалину, редкую прямую электрическую стимуляцию миндалины человека (исключительно по клиническим показаниям) и психофизику человека, каждая из которых подходит для решения отдельного вопроса.

Цель 1: Анатомически и функционально охарактеризовать первичные обонятельные области коры миндалевидного тела человека. Эксперименты с этой целью позволят тщательно охарактеризовать первичные обонятельные субрегионы миндалины человека на анатомическом и функциональном уровнях. В эксперименте 1А будет использоваться специализированная диффузионно-взвешенная визуализация для локализации обонятельных трактов, проецирующихся в субрегионы миндалевидного тела и из них. Эксперимент 1B будет использовать покоящиеся fMRI и алгоритмы кластеризации k-средних для разделения и характеристики субрегионов миндалины на основе различных профилей функциональной связи всего мозга. Эксперимент 1C будет использовать фМРТ, связанную с событием, для функциональной локализации чувствительных к запаху субрегионов миндалины. Гипотеза состоит в том, что медиальная, корковая и периамигдалоидная субобласти миндалевидного тела будут демонстрировать структурную связь с обонятельной луковицей, повышенную чувствительность к запахам по сравнению с другими субобластями и различные профили функциональной связи всего мозга.

Цель 2: проверить гипотезу о том, что активность в отдельных субрегионах миндалевидного тела отражает различные обонятельные реакции. В экспериментах с этой целью будут использоваться ансамблевые паттерны и временные ряды, полученные с помощью фМРТ, для изучения различных обонятельных ролей субрегионов миндалины с превосходным пространственным разрешением и одновременным охватом всей миндалины. Использование паттернов ансамбля фМРТ является идеальным, поскольку обонятельные области коры, включая миндалевидное тело, используют распределительный режим кодирования16. Эксперимент 2A будет использовать фМРТ для измерения активности во всех субрегионах миндалины, представляя идентичные запахи в различных экологически значимых контекстах (социальных, пространственных и пищевых). Эксперимент 2B будет использовать фМРТ для изучения корреляций между паттернами фМРТ миндалевидного тела и обонятельным поведением приближения/избегания. Гипотеза состоит в том, что, как и у грызунов, активность медиальной миндалины будет отражать решения социального восприятия, управляемые обонянием, а активность корковой миндалины будет отражать управляемое обонянием поведение приближения/избегания.

Цель 3: оценить необходимость субрегионов обонятельной миндалины в различных обонятельных поведениях. Чтобы оценить необходимость субрегионов обонятельной миндалины в обонятельном поведении, описанном выше в Задаче 2, в Эксперименте 3 будут использоваться методы внутричерепной электрофизиологии для записи непосредственно из субрегионов обонятельной миндалины человека и подачи электрической стимуляции непосредственно в них во время обонятельных задач из Задачи. 2. Стимуляция не будет отклоняться от клинических протоколов и будет выполняться только клиницистами. Этот метод обеспечивает прямую запись нейронной активности и позволяет нарушать нейронную активность, чтобы проверить необходимость определенных областей для определенного поведения. Гипотеза состоит в том, что нарушение колебательной активности в корковой миндалевидном теле нарушит обонятельный подход/избегание поведения, в то время как нарушение колебательной активности в медиальном миндалевидном теле нарушит обонятельные решения социального восприятия.