Presentamos los desafíos técnicos y las soluciones para la obtención de datos fiables de imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) del sistema olfativo central humano. Esto incluye consideraciones especiales en el diseño del paradigma fMRI olfativo, descripciones de la adquisición de datos de fMRI con un olfatómetro compatible con MRI, selección de odorantes y una herramienta de software especial para el post-procesamiento de datos.
El estudio del olfato humano es un campo altamente complejo y valioso con aplicaciones que van desde la investigación biomédica hasta la evaluación clínica. Actualmente, la evaluación de las funciones del sistema olfatorio central humano con resonancia magnética funcional (IRMf) sigue siendo un desafío debido a varias dificultades técnicas. Hay algunas variables significativas a tener en cuenta cuando se considera un método eficaz para cartografiar la función del sistema olfativo central usando fMRI, incluyendo la selección apropiada de odorantes, la interacción entre la presentación del olor y la respiración, y la anticipación potencial o la habituación a los odorantes. Una técnica fMRI olfativa relacionada con el evento y la respiración puede administrar con precisión los olorantes para estimular el sistema olfativo mientras se minimiza la interferencia potencial. Puede capturar con eficacia los onsets exactos de las señales de fMRI en la corteza olfativa primaria usando nuestro método del posprocesamiento de los datos. La técnica preSenta aquí un medio eficaz y práctico para generar resultados fMRI olfativos confiables. Tal técnica puede aplicarse en última instancia en el ámbito clínico como una herramienta de diagnóstico para enfermedades asociadas con la degeneración olfativa, incluyendo el Alzheimer y la enfermedad de Parkinson, a medida que comenzamos a comprender mejor las complejidades del sistema olfativo humano.
Se entiende que el sistema olfativo humano es mucho más que un sistema sensorial porque el olfato también juega un papel importante en la regulación y las emociones homeostáticas. Clínicamente, se sabe que el sistema olfativo humano es vulnerable a los ataques de muchas enfermedades neurológicas prevalentes y trastornos psiquiátricos, como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, el trastorno de estrés postraumático y la depresión 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . En la actualidad, la resonancia magnética funcional (IRMf) con contraste de nivel de sangre-oxígeno (BOLD) es la técnica más valiosa para cartografiar las funciones del cerebro humano. Se ha adquirido una cantidad significativa de conocimiento sobre las funciones específicas de las estructuras olfativas centrales ( por ejemplo , la corteza piriforme, la corteza orbitofrontal, la amígdala y la corteza insular) con este tecIque 6 , 7 , 8 , 9 , 10 .
Sin embargo, la aplicación de la fMRI a estudios del sistema olfatorio central humano y enfermedades asociadas se ha visto obstaculizada por dos obstáculos importantes: la rápida habituación de la señal BOLD y la modulación variable por la respiración. En la vida cotidiana, cuando se expone a un olor por un período de tiempo, rápidamente nos habituamos al olor. De hecho, cuando se estudia usando fMRI olfativa, la señal fMRI inducida por el olor se atenúa rápidamente por la habituación, lo que plantea un reto en los diseños de paradigma de estimulación 8 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 . La señal significativa BOLD inicial en la corteza olfatoria primaria sólo persisteS durante varios segundos después del inicio del olor. Por lo tanto, los paradigmas olfatorios de fMRI deben evitar estímulos de olor prolongados o frecuentes en un corto período de tiempo. Para reducir el efecto de la habituación, algunos estudios han intentado presentar olores alternantes en un paradigma fMRI. Sin embargo, este enfoque puede complicar el análisis de los datos ya que cada odorante puede ser tratado como un evento de estimulación independiente.
Otra cuestión técnica surge con la variabilidad en los patrones de respiración de los sujetos; La inhalación no siempre se sincroniza con la administración de olor durante un paradigma de tiempo fijo. El inicio y la duración de la estimulación olfativa son modulados por la respiración de cada individuo, lo que confunde la calidad de los datos de la fMRI y su análisis. Algunos estudios han intentado mitigar este problema con señales visuales o auditivas para sincronizar la respiración y el inicio del olor, pero el cumplimiento de los sujetos es variable, especialmente en la población clínica. Las activaciones cerebrales asociadas wiEstas señales también podrían complicar el análisis de datos en ciertas aplicaciones. Por lo tanto, la sincronización de la inhalación con odorante entrega puede ser crucial para olfactory fMRI estudios [ 15] .
Una consideración adicional vital para la fMRI olfativa, especialmente en el proceso de análisis de datos, es la selección de odorantes. Encontrar una concentración apropiada de odorante con respecto a la intensidad percibida es importante para la cuantificación y la comparación de los niveles de activación en el cerebro bajo diversas condiciones o enfermedades experimentales. La selección del olor debe tomar también en consideración la valencia del olor, o el agrado. Se sabe que esto causa perfiles temporales divergentes en el aprendizaje olfatorio 16 , 17 . El olor de lavanda fue elegido para esta demostración parcialmente por esta razón. Dependiendo del propósito de un estudio específico, los diferentes olores pueden ser mejores opciones. Además, la estimulación del trigémino debe reducirse al mínimo paraE la activación no está directamente relacionada con el olfato 18 .
En este informe, se demuestra una técnica fMRI para configurar y ejecutar un paradigma de respiración-desencadenado utilizando un olfatómetro en el entorno de resonancia magnética. También presentamos una herramienta de post-procesamiento que puede disminuir algunos errores de tiempo que pueden haber ocurrido durante la adquisición de datos en un intento de mejorar aún más el análisis de datos.
Los procedimientos experimentales deben ser considerados cuidadosamente y ejecutados correctamente para la recolección de datos fiables de activación olfativa. Los pasos críticos dentro del protocolo incluyen la implementación de un paradigma impulsado por la respiración para sincronizar el suministro de olor con la adquisición de imágenes, la preparación de concentraciones adecuadas de odorantes para controlar las respuestas psicofísicas, la configuración del olfatómetro con una señal de respiración establ…
The authors have nothing to disclose.
Los autores no tienen reconocimientos.
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 |