Мы представляем технические проблемы и решения для получения надежных данных о функциональном магнитно-резонансном томографе (fMRI) из центральной обонятельной системы человека. Это включает в себя особые соображения в конструкции парадигмы обонятельной fMRI, описания сбора данных fMRI с помощью MFP-совместимого ольфактометра, выбор одорантов и специальный программный инструмент для последующей обработки данных.
Изучение обоняния человека представляет собой очень сложную и ценную область с приложениями, начиная от биомедицинских исследований и заканчивая клинической оценкой. В настоящее время оценка функций центральной обонятельной системы человека с функциональной магнитно-резонансной томографией (fMRI) по-прежнему является проблемой из-за нескольких технических трудностей. При рассмотрении эффективного метода сопоставления функции центральной обонятельной системы с использованием fMRI следует учитывать некоторые важные переменные, включая правильный выбор одорантов, взаимодействие между представлением запаха и дыханием и потенциальное ожидание или привыкание к одорантам. Связанная с событиями, вызванная дыханием обонятельная методика МРТ может точно вводить одоранты для стимуляции обонятельной системы при минимизации потенциальных помех. Он может эффективно фиксировать точные наборы сигналов fMRI в первичной обонятельной коре, используя наш метод пост-обработки данных. Техника предварительнойПриведенный здесь, обеспечивает эффективное и практическое средство для создания надежных обонятельных результатов ФМР. Такая методика в конечном счете может быть применена в клинической области как диагностический инструмент для заболеваний, связанных с обонятельной дегенерацией, включая болезнь Альцгеймера и Паркинсона, поскольку мы начинаем более подробно понимать сложность обонятельной системы человека.
Человеческая обонятельная система понимается гораздо больше, чем сенсорная система, потому что обоняние также играет важную роль в гомеостатической регуляции и эмоциях. Известно, что человеческая обонятельная система уязвима для нападений многих распространенных неврологических заболеваний и психических расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, посттравматическое стрессовое расстройство и депрессия 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . В настоящее время функциональная магнитно-резонансная томография (fMRI) с контрастностью, зависящей от уровня кислородного уровня (BOLD), является наиболее ценным методом картирования функций мозга человека. Значительный объем знаний о специфических функциях центральных обонятельных структур ( например , пиртовой коры, орбитофронтальной коры, миндалины и островной коры) был приобретен с помощью этих технологийIque 6 , 7 , 8 , 9 , 10 .
Однако применение МРТ к исследованиям центральной центральной обонятельной системы человека и связанных с ними заболеваний было затруднено двумя основными препятствиями: быстрым привыканием сигнала BOLD и переменной модуляцией дыханием. В повседневной жизни, когда вы подвергаетесь одоранту в течение определенного периода времени, мы быстро привыкаем к запаху. Фактически, при изучении с использованием обонятельного fMRI, индуцированный запахом сигнал fMRI быстро ослабляется привыканием, что создает проблему для конструкций парадигмы стимуляции 8 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 . Исходный значительный сигнал BOLD в первичной обонятельной коре сохраняется толькоС в течение нескольких секунд после начала одоранта. Следовательно, обонятельные парадигмы МРТ должны избегать длительных или частых стимулов запаха за короткий промежуток времени. Чтобы уменьшить эффект привыкания, некоторые исследования попытались представить чередующиеся запахи в парадигме fMRI. Однако такой подход может усложнить анализ данных, поскольку каждый одорант можно рассматривать как независимое событие стимуляции.
Другая техническая проблема возникает из-за изменчивости в образцах дыхания у субъектов; Ингаляция не всегда синхронизируется с администрированием одоранта во время парадигмы фиксированного времени. Начало и продолжительность обонятельной стимуляции модулируются дыханием каждого человека, что смешивает качество и анализ данных МРТ. В некоторых исследованиях была предпринята попытка смягчить эту проблему визуальными или звуковыми сигналами для синхронизации дыхания и одоранта, но соответствие субъектов варьируется, особенно в клинической популяции. Активации мозга связаны с wiЭти сигналы также могут усложнить анализ данных в некоторых приложениях. Таким образом, синхронизирующая ингаляция с доставкой одорантом может иметь решающее значение для обонятельных исследований МРТ 15 .
Дополнительным соображением, важным для обонятельного fMRI, особенно в процессе анализа данных, является выбор одорантов. Поиск подходящей концентрации одоранта в отношении воспринимаемой интенсивности имеет важное значение для количественной оценки и сравнения уровней активации в головном мозге при различных экспериментальных условиях или заболеваниях. Выбор одоранта также должен учитывать валентность запаха или приятность. Это, как известно, вызывает расходящиеся временные профили в обонятельном обучении 16 , 17 . По этой причине для этой демонстрации был выбран запах лаванды. В зависимости от цели конкретного исследования, различные одоранты могут быть лучшим выбором. Кроме того, стимуляция тройничного нерва должна быть минимизирована для уменьшенияE активация, не связанная напрямую с обонянием 18 .
В этом отчете мы демонстрируем метод fMRI для создания и запуска парадигмы, вызванной дыханием, с использованием ольфактометра в среде магнитного резонанса. Мы также представляем инструмент для последующей обработки, который может уменьшить некоторые ошибки времени, которые могли произойти во время сбора данных, с целью дальнейшего улучшения анализа данных.
Экспериментальные процедуры следует тщательно рассмотреть и правильно выполнить для сбора надежных данных об активации обонятельной системы. Критические этапы в протоколе включают в себя реализацию парадигмы, вызванной дыханием, для синхронизации доставки запаха с получением изоб?…
The authors have nothing to disclose.
У авторов нет подтверждений.
3T MR scanner | Siemens | Any MR scanner is acceptable. | |
Olfactometer | Emerging Tech Trans, LLC | Any olfactometer with similar capabilities is acceptable. | |
6-channel odorant carrier | Emerging Tech Trans, LLC | ||
Nosepiece/applicator | Emerging Tech Trans, LLC | ||
PTFE tubing | Emerging Tech Trans, LLC | ||
TTL convertor box | Emerging Tech Trans, LLC | ||
Respiratory sensor belt | Emerging Tech Trans, LLC | ||
Lavender oil | Givaudan Flavors Corporation | ||
1,2 propanediol | Sigma | P6209 | |
ONSET | www.pennstatehershey.org/web/nmrlab/resources/software/onset | ||
SPM8 | Wellcome Trust Center for Neuroimaging, University College London, London, UK |