İnsan merkezindeki koku sisteminden güvenilir fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) verilerinin elde edilmesine yönelik teknik zorlukları ve çözümleri sunuyoruz. Bu, olfaktör fMRI paradigması tasarımında özel hususlar, bir MRI uyumlu olfaktometre ile fMRI veri edinimi tanımları, koku seçimi ve veri post-processing için özel bir yazılım aracı içerir.
İnsan koku alma çalışması, biyomedikal araştırmalardan klinik değerlendirmeye kadar geniş bir yelpazeye yayılmış çok karmaşık ve değerli bir alandır. Şu anda, fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ile insan merkez odontakt sisteminin işlevlerinin değerlendirilmesi, birkaç teknik zorluk yüzünden hala bir sorundur. Uygun koku seçimi, koku sunumu ile solunum arasındaki etkileşim ve odorantlara karşı potansiyel beklenti veya alışkanlık gibi fMRI'yi kullanarak merkezi koku sisteminin işlevini haritalamak için etkili bir yöntem düşünürken dikkate alınması gereken bazı önemli değişkenler vardır. Olayla ilişkili, solunum ile tetiklenen olfaktör fMRI tekniği potansiyel girişimin en aza indirgenmesi ile koku sistemini uyarmak için odorantları doğru bir şekilde uygulayabilir. Veri post-processing yöntemimizi kullanarak primer koku korteksindeki fMRI sinyallerinin kesin başlangıçlarını etkin bir şekilde yakalar. Teknik öncesiBurada gönderilen, güvenilir olfaktör fMRI sonuçları üretmek için etkili ve pratik bir yöntem sağlar. Böyle bir teknik klinik alana, Alzheimer ve Parkinson hastalığı dahil olfaktör dejenerasyonla ilişkili hastalıklar için bir teşhis aracı olarak uygulanabilir, çünkü insan koku sisteminin karmaşıklıklarını daha da iyi anlamaya başlarız.
İnsan koku sistemi, duyusal bir sistemden çok daha fazla olduğu anlaşılıyor çünkü olistolizm, homeostatik düzenlemede ve duygularda da önemli bir rol oynamaktadır. Klinik olarak, insan koku sisteminin, Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı, travma sonrası stres bozukluğu ve depresyon 1 , 2 , 3 , 4 , 5 gibi yaygın görülen nörolojik hastalıkların ve psikiyatrik bozuklukların saldırılarına karşı savunmasız olduğu bilinmektedir. Günümüzde, kan-oksijen seviyesine bağlı (BOLD) kontrastlı fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI), insan beyninin işlevlerini haritalama için en değerli tekniktir. Merkezi şaşkın yapıların ( örneğin piriform korteks, orbitofrontal korteks, amigdala ve insular korteks) spesifik fonksiyonları hakkında önemli miktarda bilgi bu teknikle elde edilmiştir6 , 7 , 8 , 9 , 10 .
Bununla birlikte fMRI'nin insan merkez odiyofari sistemi ve ilgili hastalıklarla ilgili çalışmalarına uygulanması iki önemli engel ile engellenmiştir: BOLD sinyalinin hızla alışması ve solunum ile değişken modülasyon. Günlük yaşamda, belli bir süre bir kokuya maruz kaldıkça, kokuyu hızla rahatlatırız. Gerçekten de, olfaktör fMRI kullanılarak incelendiğinde, koku indüklenen fMRI sinyali, uyarılma paradigması tasarımları 8 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14'te bir zorluk oluşturan yaşama yoluyla hızlı bir şekilde zayıflatılır. Birincil koku korteksindeki başlangıçtaki BOLD sinyali sadece devam ederIzgaranın başlamasından birkaç saniye sonra. Bu nedenle, koku fMRI paradigmaları kısa sürede uzun süreli veya sık koku uyaranlarından kaçınmalıdır. Alışkanlık etkisini azaltmak için bazı çalışmalar, fMRI paradigmasında alternatif kokular ortaya koymaya çalışmaktadır. Bununla birlikte, bu yaklaşım veri analizini zorlaştırabilir, çünkü her bir odorant bağımsız bir stimülasyon olayı olarak değerlendirilebilir.
Bir başka teknik sorun, kişilerin solunum modellerinde değişkenlik ile ortaya çıkar; Soluma, sabit zamanlama paradigması sırasında odorant uygulamasıyla her zaman eşzamanlı değildir. Koku alma uyarısının başlangıcı ve süresi, fMRI veri kalitesini ve analizini karıştıran her bir kişinin solunumuyla modüle edilir. Bazı çalışmalar nefes alma ve koku başlatmanın senkronize edilmesi için görsel veya işitsel ipuçları ile bu sorunu hafifletmeye çalıştı ancak özellikle klinik popülasyonda deneklerin uygunluğu değişkenlik göstermektedir. Beyin aktivasyonları ilişkiliBu ipuçları bazı uygulamalarda veri analizini de zorlaştırabilir. Koku fMRI 15 çalışmalar için Böylece koku teslim inhalasyon senkronize önemli olabilir.
Koku fMRI'sinde hayati önem taşıyan ek bir husus, özellikle veri analizi sürecinde, koku yapıcı maddenin seçimi. Algılanan yoğunluğa göre uygun bir odorant konsantrasyonunun bulunması, beyindeki çeşitli deneysel koşullar veya hastalıklardaki aktivasyon seviyelerinin nicelleştirilmesi ve karşılaştırılması için önemlidir. Koku seçimi aynı zamanda koku değeri veya hoşluğu da hesaba katmalıdır. Bu koku öğrenme 16, 17 içinde farklı zamansal profillerini yol açtığı bilinmektedir. Bu gösteri için kısmen bu nedenle lavanta kokusu seçildi. Belli bir araştırmanın amacına bağlı olarak, farklı odorantlar daha iyi seçimler olabilir. Buna ek olarak, trigeminal uyarı azaltılması için asgari düzeye indirilmelidirOlimpiyat ile doğrudan ilgili olmayan aktivasyon 18 .
Bu raporda, manyetik rezonans ortamında bir olfaktometre kullanarak bir solunum tetiklemeli paradigması oluşturmak ve çalıştırmak için bir fMRI tekniği gösteriyoruz. Ayrıca, veri analizinde daha fazla gelişme sağlamak amacıyla veri edinimi sırasında oluşabilecek bazı zamanlama hatalarını azaltabilecek bir işleme sonrası araç sunuyoruz.
Deneysel prosedürler, güvenilir olfaktör aktivasyon verilerinin toplanması için dikkatlice düşünülmeli ve doğru şekilde uygulanmalıdır. Protokoldeki kritik adımlar, koku alımını görüntü alımı ile senkronize etmek için solunum tetiklemeli bir paradigmanın uygulanmasını, psikofizik yanıtları kontrol etmek için uygun yoğunlaştırıcı odorantların hazırlanmasını, olfaktometreyi güvenilir kararlı solunum sinyali ve sabit hava akışı ile ayarlamayı ve sabit hava akışı ve post-proces…
The authors have nothing to disclose.
Yazarların onayları yok.
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 |