Elektrofysiologiska representationer av lukt i den mänskliga hjärnan Studie 1

Luktuppfattning bygger på hjärnans förmåga att extrahera och representera olika egenskaper hos en luktstimulans. Till exempel är intensitet och identitet grundläggande egenskaper hos luktperceptet som måste kodas separat för korrekt perception; samma lukt kan påträffas vid olika styrkor. Att förstå neurala representationer av luktperceptuella egenskaper är grundläggande för att förstå luktsystemet, men de neurala korrelaten av luktintensitet och identitet är dåligt förstådda i den mänskliga hjärnan.

Luktområdet använder vanligtvis kemi som en proxy för perception och fokuserar på att manipulera fysiska egenskaper hos en stimulans för att leta efter neurala korrelat. Till exempel används kemisk koncentration och molekylär identitet vanligtvis som proxy för luktintensitet och identitet. Den värld som djuren uppfattar är dock inte en fullständig representation av den fysiska verkligheten; det är en produkt av de speciella sinnessystem som varje art har förvärvat under evolutionens gång. För att förstå hur hjärnan bildar representationer av perceptuella egenskaper hos lukter, måste vi identifiera samband mellan egenskaper hos neurala svar och perceptuella betyg. Medan nya beteendeparadigm hos gnagare kan ge goda uppskattningar av perceptuella betyg av olika egenskaper hos lukter (intensitet, identitet), kan människor direkt ge perceptuella betyg av olika egenskaper hos en lukt. Därför är mänskligt arbete nödvändigt för att till fullo förstå luktuppfattningen.

Den saknade länken mellan neurala signaturer och perceptuella egenskaper hos lukt är en kritisk lucka i vår förståelse av luktkodning. Här kommer vi att kombinera mänskliga intrakraniella inspelningar - inklusive direkta neurala inspelningar från mänsklig luktbark - med samtidig leverans av exakt kontrollerade lukter av varierande intensitet/identitet och försök för försök insamling av psykofysiska betyg för att förstå hur lukter representeras i den mänskliga hjärnan .

Exakta olfaktoriska psykofysiska betyg är en kritisk del av vårt förslag. Därför kommer vi att arbeta med ledande experter inom mänsklig psykofysik vid Monel Chemical Senses Center, Dr. Pamela Dalton och Dr. Joel Mainland. Som medutredare av detta anslag kommer deras expertis inom mänsklig psykofysik att kombineras med mitt labbs expertis inom mänsklig luktelektrofysiologi för att ge fältet en förståelse för kartläggningen mellan luktperception och neurala koder i den mänskliga hjärnan.

Syfte 1: Undersöka representationer av luktintensitet i mänsklig piriform cortex. För att identifiera en neural representation av upplevd luktintensitet är det nödvändigt att skilja stimulanskoncentration från upplevd intensitet. Experiment för detta syfte kommer att mäta mänskliga perceptuella svar samtidigt som intensiteten manipuleras oberoende av koncentrationen med hjälp av två komplementära tillvägagångssätt. I experiment 1A kommer vi att matcha upplevda intensiteter över lukter av olika koncentrationer, vilket gör att vi kan identifiera en neural representation av intensitet som är oberoende av stimulans identitet och koncentration. I experiment 1B kommer vi att skapa förhållanden med olika upplevd intensitet över konstanta luktstimuli med hjälp av anpassning. Att närma sig samma fråga från olika vinklar kommer att stärka robustheten i våra resultat. Preliminära data tyder på att temporala egenskaper hos det piriforma neurala svaret kan representera luktintensitet.