Bu makale, insan burun solunumuyla senkronize koku sunumu sırasında tek ve çift bobinli transkraniyal manyetik stimülasyonu (TMS) tetiklemek için nefesle senkronize bir olfaktometre kullanmayı açıklamaktadır. Bu kombinasyon, hoş ve hoş olmayan kokuların belirli bir bireyde kortikospinal uyarılabilirliği ve beyin etkili bağlantıyı nasıl etkilediğini objektif olarak araştırmamızı sağlar.
Koku stimülasyonunun, hayvanlarda ve insanlarda hoş koku verici maddelere yaklaşmak ve hoş olmayanlardan kaçınmak gibi motor davranışları ortaya çıkardığı yaygın olarak kabul edilmektedir. Son zamanlarda, elektroensefalografi ve transkraniyal manyetik stimülasyon (TMS) kullanan çalışmalar, insanlarda koku alma sistemindeki işleme ile motor korteksteki aktivite arasında güçlü bir bağlantı olduğunu göstermiştir. Koku alma ve motor sistemler arasındaki etkileşimleri daha iyi anlamak ve önceki metodolojik sınırlamaların bazılarının üstesinden gelmek için, farklı hedonik değerlere sahip koku maddelerinin rastgele sıralı sunumunu senkronize eden bir olfaktometreyi ve TMS’yi (tek ve çift bobin) nazal solunum fazları ile tetiklemeyi birleştiren yeni bir yöntem geliştirdik. Bu yöntem, hoş ve hoş olmayan koku algısı sırasında ortaya çıkabilecek kortikospinal uyarılabilirlik modülasyonlarının ve dorsolateral prefrontal korteks ile birincil motor korteks arasında etkili ipsilateral bağlantının araştırılmasına izin verir. Bu yöntemin uygulanması, belirli bir katılımcıda bir koku maddesinin hoşluk değerinin objektif olarak ayırt edilmesine izin verecek ve koku maddesinin beynin etkili bağlantısı ve uyarılabilirliği üzerindeki biyolojik etkisini gösterecektir. Ayrıca bu, koku hedonik değişiklikleri ve uyumsuz yaklaşım-kaçınma davranışları sergileyebilen nörolojik veya nöropsikiyatrik bozukluğu olan hastalarda klinik araştırmaların önünü açabilir.
Koku stimülasyonunun otomatik reaksiyonları ve motor davranışları ortaya çıkardığı yaygın olarak kabul edilmektedir. Örneğin, insanlarda, negatif koku başlangıcından 500 ms sonra meydana gelen bir kaçınma motor tepkisinin (koku kaynağından uzaklaşma) varlığı yakın zamanda gösterilmiştir1. Chalençon ve ark. (2022), şişelerden yayılan kokuları keşfeden serbestçe hareket eden insan katılımcıları kaydederek, motor davranışların (yani, buruna yaklaşma hızı ve koku maddesini içeren şişenin geri çekilmesi) koku hedoniği2 ile yakından bağlantılı olduğunu gösterdi. Ayrıca, koku alma sistemindeki işleme ile motor korteksteki aktivite arasında yakın bir ilişki yakın zamanda insanlarda elektroensefalografi1 kullanılarak gösterilmiştir. Spesifik olarak, negatif kokuların başlamasından yaklaşık 350 ms sonra, birincil motor korteks (M1) üzerinde ve içinde eylem hazırlama süreçlerini yansıttığı bilinen spesifik bir mu ritmi senkronizasyonu gözlendi ve kısa bir süre sonra davranışsal bir geriye doğru hareket1 izledi. Koku alma ve motor sistemler arasındaki ilişki fikrini güçlendiren yakın tarihli bir başka çalışma, hoş bir koku maddesine maruz kalmanın, kokusuz bir duruma kıyasla kortikospinal uyarılabilirliği artırdığını göstermiştir3. Bu çalışmada, koku algısı sırasında elektromiyografi (EMG) ile periferik olarak kaydedilen bir hedef el kasında motor uyarılmış bir potansiyeli (MEP) uyandırmak için M1’e tek atımlı transkraniyal manyetik stimülasyon (spTMS) uygulandı. Hoş koku maddesine maruz kalma, saf bergamot esansiyel yağı ile ıslatılmış ve burnun altındaki metal bir tutucuya yerleştirilmiş kağıt şeritler tarafından pasif olarak sağlandı3. Bu bağlamda, kortikospinal uyarılabilirliğin kolaylaştırılmasının hoş koku uyarımından mı yoksa koklama ve diş sıkmagibi spesifik olmayan davranışsal etkilerden mi kaynaklandığı belirsizliğini korumaktadır 4,5. Ayrıca, hoş olmayan bir koku maddesinin TMS tarafından araştırılan M1 uyarılabilirliğini nasıl modüle ettiği hala bilinmemektedir.
Özetle, bu, önceki çalışmalarda kullanılan mevcut tekniklere göre aşağıdaki avantajları sunan bir yöntem geliştirme ihtiyacını vurgulamaktadır 3,6: (1) aynı deney aşamasında farklı koku koşullarının (hoş / hoş olmayan / kokusuz) sunumunu randomize etmek, (2) motor sistemi incelerken insan burun solunum fazlarına (inspirasyon ve ekspirasyon) göre koku verici sunumunu ve TMS zamanlamasını tam olarak senkronize etmek.
TMS ayrıca, yüksek zamansal çözünürlüğesahip çoklu kortikal alanlar ve M1 arasındaki etkili bağlantı olarak da adlandırılan kortiko-kortikal etkileşimleri araştırmak için bir araç olarak kullanılabilir 7,8,9,10,11,12. Burada, bir birinci koşullandırma stimülasyonunun (CS) bir hedef kortikal alanı aktive ettiği ve bir MEP’yi uyandırmak için başka bir bobin kullanılarak M1 üzerine ikinci bir test stimülasyonunun (TS) uygulandığı çift bölgeli bir TMS (dsTMS) paradigması kullanıyoruz. CS’nin etkisi, koşullandırılmış MEP’in genliğinin (dsTMS koşulu) koşulsuz MEP’in (spTMS koşulu) genliğine normalleştirilmesiyle değerlendirilir13. Daha sonra, negatif oran değerleri baskılayıcı kortiko-kortikal etkileşimleri gösterirken, pozitif oran değerleri, uyarılan iki alan arasındaki kolaylaştırıcı kortiko-kortikal etkileşimleri gösterir. Bu nedenle dsTMS paradigması, önceden etkinleştirilmiş alan ile M1 arasındaki etkili bağlantının doğasını (yani kolaylaştırıcı veya baskılayıcı), gücünü ve modülasyonlarını tanımlamak için eşsiz bir fırsat sağlar. Daha da önemlisi, kortiko-kortikal etkileşimler, farklı zamanlama ve zihinsel durumlarda veya görevlerde modüle edilebilen karmaşık bir kolaylaştırma ve bastırma dengesini yansıtır 7,14.
Bildiğimiz kadarıyla, nispeten yeni dsTMS paradigması, farklı hedonik değerlerle koku algısı sırasında kortiko-kortikal etkileşimleri araştırmak için hiç kullanılmamıştır. Bununla birlikte, nörogörüntüleme çalışmaları, hoş ve hoş olmayan koku maddelerine maruz kalmanın, ek motor alan, ön singulat korteks ve dorsolateral prefrontal korteks (DLPFC) dahil olmak üzere duygu, karar verme ve eylem kontrolü ile ilgili alanlarda bağlantı değişikliklerine neden olduğunu göstermiştir15,16. Gerçekten de, DLPFC, duygusal kontrole, duyusal işlemeye ve hazırlık süreçleri 17,18,19 gibi motor kontrolün daha üst düzey yönlerine aracılık eden önemli bir düğümdür. Ek olarak, hem insan hem de hayvan çalışmaları, DLPFC’nin M1 17,18,20,21,22’ye çeşitli nöronal projeksiyonlara sahip olduğuna dair kanıtlar sağlamıştır. Bağlama bağlı olarak, bu DLPFC projeksiyonları M1 aktivitesinikolaylaştırabilir veya engelleyebilir 7,19,20. Bu nedenle, DLPFC ve M1 arasındaki etkili bağlantının koku sunumu sırasında modüle edilmesi ve hoş ve hoş olmayan koku maddelerinin ayrı kortikal ağları işe alması ve DLPFC-M1 bağlantısı üzerinde farklı bir etkiye yol açması mümkün görünmektedir.
Burada, tümü insan burun solunumu ile senkronize olarak iletilen, hoş ve hoş olmayan kokuların algılanması sırasında ortaya çıkabilecek kortikospinal uyarılabilirlik ve etkili bağlantı modülasyonlarının metodolojik olarak titiz bir şekilde incelenmesi için uygun yeni bir yöntem öneriyoruz.
Yukarıdaki protokol, koku vericilerin hedonik değerine bağlı olarak kortikospinal uyarılabilirlik ve etkili bağlantıdaki değişiklikleri araştırmak için nefesle senkronize olfaktometrenin kullanımını tek ve çift bobinli TMS ile birleştiren yeni bir yöntemi açıklamaktadır. Bu kurulum, belirli bir katılımcıda bir koku maddesinin hoşluk değerini objektif olarak ayırt etmeye izin verecek ve koku maddesinin beyin etkili bağlantı ve reaktivite üzerindeki biyolojik etkisini gösterecektir. Bu protok…
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma, Fondation de France, Grant N°: 00123049/WB-2021-35902 (J.B. ve N.M. tarafından alınan bir hibe) tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, desteği için Fondation Pierre Deniker’e (CN tarafından alınan hibe) ve kurulumun tasarlanmasındaki değerli yardımları için Neuro-Immersion platformunun personeline teşekkür eder.
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 |