Elektrofysiologiska representationer av luktidentitet Studie 2

Luktuppfattning förlitar sig på hjärnans förmåga att extrahera och representera olika egenskaper hos en luktstimulus.

Till exempel är intensitet och identitet grundläggande egenskaper hos den olfaktoriska uppfattningen som måste kodas separat för en korrekt uppfattning; samma lukt kan påträffas vid olika styrkor. Att förstå neurala representationer av olfaktoriska perceptuella egenskaper är grundläggande för att förstå luktsystemet, men de neurala korrelaten till luktintensitet och identitet är dåligt förstådda i den mänskliga hjärnan.

Området luktforskning använder vanligtvis kemi som proxy för perception och fokuserar på att manipulera fysiska egenskaper hos en stimulus för att leta efter neurala korrelat. Till exempel används kemisk koncentration och molekylär identitet vanligtvis som proxy för luktintensitet och identitet. Men den värld som djur uppfattar är inte en fullständig representation av den fysiska verkligheten; det är en produkt av de specifika sensorsystem som varje art har förvärvat under evolutionens gång. För att förstå hur hjärnan formar representationer av perceptuella egenskaper hos lukter måste vi identifiera relationer mellan egenskaper hos neurala responser och perceptuella bedömningar.

Medan nya beteendeparadigm hos gnagare kan ge goda uppskattningar av perceptuella bedömningar av olika luktegenskaper (intensitet, identitet), kan människor direkt tillhandahålla perceptuella bedömningar av olika egenskaper hos en lukt. Därför är mänskliga studier nödvändiga för att fullt ut förstå olfaktorisk perception.

Den saknade länken mellan neurala signaturer och perceptuella egenskaper hos lukt är ett kritiskt gap i vår förståelse av luktkodning. Här kommer vi att kombinera mänskliga intrakraniella inspelningar – inklusive direkta neurala inspelningar från mänsklig luktbark – med samtidig leverans av precist kontrollerade lukter med varierande intensitet/identitet och trial-för-trial-insamling av psykofysiska bedömningar för att förstå hur lukter representeras i den mänskliga hjärnan. Korrekta olfaktoriska psykofysiska bedömningar 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 medundersökare på detta anslag kommer deras expertis inom mänsklig psykofysik att kombineras med mitt labs expertis inom mänsklig olfaktorisk elektrofysiologi för att ge fältet en förståelse av mappningarna mellan olfaktorisk perception och neurala koder i den mänskliga hjärnan. För att identifiera en neural representation av luktidentitet är det nödvändigt att dissociera molekylär struktur från perceptuell identitet/likhet.

Huruvida luktsystemet använder ett kodningsschema där likheten mellan neurala egenskaper är systematiskt relaterad till perceptuell likhet är okänt. Experiment för detta syfte kommer att inhämta perceptuella responser medan perceptuell likhet manipuleras. I Experiment 1A kommer vi att undersöka egenskaper hos neurala responser under naturligt beteende av att fritt namnge lukter. I Experiment 1B kommer vi att manipulera perceptuell likhet med luktmetamerer och samla in perceptuella och neurala data vid varje trial. Preliminära data tyder på att de tidigaste, högfrekventa komponenterna i piriformresponsen optimalt kan avkoda perceptuell identitet.