Karakterisering av mänskliga olfaktoriska Amygdala-subregioner

Specifika mål:

Den mänskliga amygdala är en del av primär olfaktorisk cortex, genom att den får direkt monosynaptisk input från olfactory bulb1-4. Detta tyder på en viktig roll för amygdala i luktbearbetning, men ändå är de anatomiska och funktionella egenskaperna hos luktinput till den mänskliga amygdala till stor del outforskade. Det övergripande målet med detta förslag är att belysa rollen för amygdala-subregioner i mänsklig luktbehandling.

Luktlöken projicerar parallellt med flera kortikala områden, som var och en tros spela en unik roll i luktbearbetningen5-10. Inom amygdala får flera distinkta subregioner direkt, monosynaptisk glödlampsinput, vilket tyder på distinkta roller, men deras luktfunktioner är inte helt förstådda. Gnagarstudier har börjat utforska potentiella roller för dessa subregioner i luktstyrda sociala beteenden och närmande/undvikande beteende11-15, med de första inspelningarna någonsin av den posterolaterala kortikala amygdala som nyligen genomfördes16. Men vår förståelse av dessa områden är fortfarande ofullständig. Noterbart har de flesta gnagarstudier på de olfaktoriska amygdala-subregionerna fokuserat på det accessoriska olfaktoriska systemet, som människor saknar. Vidare har de flesta studier på människa inte beaktat olfaktoriska amygdala-subregioner separat17-21. Detta är ett kritiskt övervägande, både eftersom majoriteten av amygdala-subregionerna inte tar emot luktinsatser och eftersom de som sannolikt spelar olika roller i luktbearbetningen. Dessa roller kan inte förstås utan att analysera subregionerna separat. Det finns således ett stort behov av mer forskning om den roll som de mänskliga amygdala-subregionerna har i luktsansen. Viktigt är att olfaktoriska amygdala-subregioner har varit inblandade i SUDEP22-26, den vanligaste dödsorsaken vid temporallobsepilepsi. Att förstå de anatomiska och funktionella egenskaperna hos dessa regioner är därför också av klinisk betydelse.

Denna forskning kommer att studera mänskliga olfaktoriska amygdala-subregioner med hjälp av en mångfacetterad, rigorös metod. Det kommer att kombinera specialiserad högupplöst diffusionsvägd bildbehandling, högupplöst amygdala-riktad fMRI, sällsynt direkt elektrisk stimulering av den mänskliga amygdala (rent kliniskt ordinerad) och mänsklig psykofysik, var och en lämpad för att ta upp olika frågor.

Syfte 1: Att anatomiskt och funktionellt karakterisera de primära olfaktoriska kortikala regionerna i den mänskliga amygdala. Experiment för detta syfte kommer noggrant att karakterisera mänskliga primära olfaktoriska amygdala-subregioner på anatomisk och funktionell nivå. Experiment 1A kommer att använda specialiserad diffusionsvägd avbildning för att lokalisera luktkanaler som skjuter ut till och från amygdala subregioner. Experiment 1B kommer att använda vilande fMRI och k-medel klustringsalgoritmer för att dela upp och karakterisera amygdala subregioner baserat på distinkta funktionella anslutningsprofiler för hela hjärnan. Experiment 1C kommer att använda händelserelaterad fMRI för att funktionellt lokalisera luktkänsliga subregioner av amygdala. Hypotesen är att de mediala, kortikala och periamygdaloida subregionerna av amygdala kommer att uppvisa strukturell anslutning till luktlöken, förbättrad luktkänslighet jämfört med andra subregioner och distinkta funktionella anslutningsprofiler för hela hjärnan.

Syfte 2: Att testa hypotesen att aktivitet i distinkta amygdala-subregioner återspeglar distinkta luktbeteenden. Experiment för detta syfte kommer att använda fMRI-härledda ensemblemönster och tidsserier för att utforska distinkta luktroller för amygdala subregioner, med utmärkt rumslig upplösning och samtidig täckning av hela amygdala. Användningen av fMRI-ensemblemönster är idealisk, eftersom olfaktoriska kortikala områden inklusive amygdala använder ett distributionssätt för kodning16. Experiment 2A kommer att använda fMRI för att mäta aktivitet över alla amygdala-subregioner samtidigt som identiska lukter presenteras under olika ekologiskt relevanta sammanhang (sociala, rumsliga och mat). Experiment 2B kommer att använda fMRI för att undersöka korrelationer mellan amygdala fMRI-mönster och luktmetoder/undvikbeteenden. Hypotesen är att, precis som hos gnagare, kommer aktivitet i den mediala amygdala att återspegla luktstyrda sociala perceptuella beslut och att aktivitet i den kortikala amygdala kommer att spegla luktstyrt tillvägagångssätt/undvikande beteende.

Syfte 3: Att bedöma nödvändigheten av olfaktoriska amygdala-subregioner i distinkta olfaktoriska beteenden. För att bedöma nödvändigheten av olfaktoriska amygdala-subregioner i de distinkta luktbeteenden som beskrivs ovan i Mål 2, kommer Experiment 3 att använda intrakraniella elektrofysiologiska metoder för att spela in direkt från, och leverera elektrisk stimulering direkt till, mänskliga olfaktoriska amygdala-subregioner under luktuppgifterna från Aim 2. Stimulering kommer inte att avvika från kliniska protokoll och kommer endast att utföras av läkare. Denna metod ger direkta inspelningar av neural aktivitet och tillåter störningar av neural aktivitet för att testa nödvändigheten av specifika regioner för särskilda beteenden. Hypotesen är att avbrott i den oscillerande aktiviteten i den kortikala amygdala kommer att störa olfaktoriska tillvägagångssätt/undvika beteenden, medan störningar av oscillerande aktivitet i den mediala amygdala kommer att störa olfaktoriska sociala perceptuella beslut.