В данной статье описывается использование синхронизированного с дыханием ольфактометра для запуска транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) с одной или двумя катушками во время презентации одоранта, синхронизированной с носовым дыханием человека. Эта комбинация позволяет объективно исследовать, как приятные и неприятные запахи влияют на кортикоспинальную возбудимость и эффективные связи мозга у конкретного человека.
Широко признано, что обонятельная стимуляция вызывает у животных и людей двигательное поведение, такое как приближение к приятным запахам и избегание неприятных. Недавние исследования с использованием электроэнцефалографии и транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) продемонстрировали сильную связь между процессингом в обонятельной системе и активностью моторной коры головного мозга у людей. Чтобы лучше понять взаимодействие между обонятельной и двигательной системами и преодолеть некоторые из прежних методологических ограничений, мы разработали новый метод, сочетающий ольфактометр, который синхронизирует случайный порядок представления одорантов с различными гедонистическими значениями, и запуск ТМС (одно- и двухспиральной) с фазами носового дыхания. Этот метод позволяет исследовать модуляции кортикоспинальной возбудимости и эффективной ипсилатеральной связи между дорсолатеральной префронтальной корой и первичной моторной корой, которые могут возникать при приятном и неприятном восприятии запахов. Применение данного метода позволит объективно различать значение приятности одоранта у данного участника, свидетельствуя о биологическом воздействии одоранта на эффективную связность и возбудимость мозга. Кроме того, это может проложить путь для клинических исследований у пациентов с неврологическими или нервно-психическими расстройствами, у которых могут проявляться гедонистические изменения запаха и дезадаптивное поведение, связанное с избеганием приближения.
Широко признано, что обонятельная стимуляция вызывает автоматические реакции и двигательное поведение. Например, у людейнедавно было продемонстрировано существование моторной реакции избегания (отклонение от источника запаха), возникающей через 500 мс после появления негативного запаха. Записывая свободно движущихся людей, исследующих запахи, исходящие от колб, Chalençon et al. (2022) показали, что моторное поведение (т.е. скорость приближения к носу и извлечение колбы с одорянтом) тесно связано с гедонизмом запаха2. Более того, тесная связь между процессингом в обонятельной системе и активностью в моторной коре была недавно продемонстрирована у людей с помощью электроэнцефалографии. В частности, примерно через 350 мс после появления негативных запахов наблюдалась специфическая десинхронизация мю-ритма, которая, как известно, отражает процессы подготовки к действию, наблюдалась над первичной моторной корой (М1) и внутри нее, за которой вскоре последовало поведенческоедвижение назад. Укрепляя идею о взаимосвязи между обонятельной и моторной системами, другое недавнее исследование показало, что воздействие приятного пахнущего вещества увеличивает кортикоспинальную возбудимость по сравнениюс состоянием отсутствия запаха. В этом исследовании к М1 применяли одноимпульсную транскраниальную магнитную стимуляцию (spTMS) для вызова моторного потенциала (MEP) в целевой мышце руки, регистрируемого периферически с помощью электромиографии (ЭМГ) во время восприятия запаха. Воздействие приятного одоранта пассивно обеспечивалось бумажными полосками, пропитанными чистым эфирным маслом бергамота и помещенными на металлический держатель под носом3. В этом контексте остается неясным, связано ли облегчение кортикоспинальной возбудимости с приятной стимуляцией пахучих веществ или с неспецифическими поведенческими эффектами, такими как сопение и стискивание зубов 4,5. Кроме того, до сих пор неизвестно, каким образом неприятный запах модулирует возбудимость М1, исследованную с помощью ТМС.
Таким образом, это подчеркивает необходимость разработки метода, который предлагает следующие преимущества по сравнению с существующими методами, использованными в предыдущих исследованиях 3,6: (1) рандомизация представления различных состояний запаха (приятный/неприятный/отсутствие запаха) в рамках одной и той же экспериментальной фазы, (2) точная синхронизация презентации одоранта и времени ТМС в соответствии с фазами носового дыхания человека (вдох и выдох) при изучении двигательной системы.
ТМС также может быть использована в качестве инструмента для исследования кортико-кортикальных взаимодействий, также называемых эффективной связью, между несколькими корковыми областями и М1 с высоким временным разрешением 7,8,9,10,11,12. Здесь мы используем парадигму двухпозиционной ТМС (dsTMS), в которой первая обусловливающая стимуляция (CS) активирует целевую кортикальную область, а вторая тестовая стимуляция (TS) применяется к M1 с использованием другой катушки для вызова MEP. Эффект КС оценивают путем нормализации амплитуды кондиционированной МЭП (состояние дцТМС) к амплитуде безусловной МЭП (состояние спТМС)13. Затем отрицательные значения отношения указывают на супрессивные кортико-кортикальные взаимодействия, в то время как положительные значения отношения указывают на облегчающие кортико-кортикальные взаимодействия между двумя стимулированными областями. Таким образом, парадигма dsTMS предоставляет уникальную возможность определить природу (т.е. облегчающую или подавляющую), силу и модуляции эффективной связи между предварительно активированной областью и М1. Важно отметить, что кортико-кортикальные взаимодействия отражают сложный баланс фасилитации и подавления, который может модулироваться в разное время и в различных психических состояниях или задачах 7,14.
Насколько нам известно, относительно новая парадигма дцТМС никогда не использовалась для исследования кортико-корковых взаимодействий при восприятии запахов с различными гедонистическими значениями. Тем не менее, нейровизуализационные исследования показали, что воздействие приятных и неприятных запахов вызывает изменения связей в областях, участвующих в эмоциях, принятии решений и контроле действий, включая дополнительную моторную область, переднюю поясную кору и дорсолатеральную префронтальную кору (DLPFC)15,16. Действительно, DLPFC является ключевым узлом, опосредующим эмоциональный контроль, сенсорную обработку и высокоуровневые аспекты моторного контроля, такие как подготовительные процессы 17,18,19. Кроме того, исследования как на людях, так и на животных предоставили доказательства того, что DLPFC имеет различные нейронные проекции на M1 17,18,20,21,22. В зависимости от контекста, эти проекции DLPFC могут либо способствовать, либо подавлять активность M1 7,19,20. Таким образом, представляется возможным, что эффективная связь между DLPFC и M1 модулируется во время представления запаха, и что приятные и неприятные запахи рекрутируют разделенные корковые сети, что приводит к дифференцированному влиянию на связь DLPFC-M1.
В данной работе мы предлагаем новый метод, пригодный для методологически строгого изучения модуляций кортикоспинальной возбудимости и эффективной связи, которые могут возникать при восприятии приятных и неприятных запахов, осуществляемых синхронно с носовым дыханием человека.
В приведенном выше протоколе описан новый метод, сочетающий использование синхронизированного с дыханием ольфактометра с одно- и двухспиральной ТМС для исследования изменений кортикоспинальной возбудимости и эффективной связи в зависимости от гедонистической ценности одорантов. Т?…
The authors have nothing to disclose.
Эта работа была поддержана Фондом Франции, грант N°: 00123049/WB-2021-35902 (грант, полученный Ж.Б. и Н.М.). Авторы благодарят Фонд Пьера Деникера за поддержку (грант получил C.N.) и сотрудников платформы «Нейро-Погружение» за неоценимую помощь в проектировании установки.
Acquisition board (8 channels) | National Instrument | NI USB-6009 | |
Air compressor | Jun-Air | Model6-15 | |
Alcohol prep pads | Any | ||
Butyric acid | Sigma-Aldrich | B103500 | Negative odorant |
Desktop computer | Dell | Latitude 3520 | |
EMG system | Biopac System | MP150 | |
Isoamyl acetate | Sigma-Aldrich | W205508 | Positive odorant |
Nasal cannula | SEBAC France | O1320 | |
Programmable pulse generator | A.M.P.I | Master-8 | |
Surface electrodes | Kendall Medi-trace | FS327 | |
TMS coil (X2) | MagStim | D40 Alpha B.I. coil | |
TMS machine | MagStim | Bistim2 | |
Tube 6 mm x 20 m | Radiospare | 686-2671 | Pneumatic connection |
USB-RS232 | Radiospare | 687-7806 | |
U-shaped tubes | VS technologies | VS110115 |