将呼吸同步嗅觉计与大脑模拟相结合，研究气味对皮质脊髓兴奋性和有效连接性的影响

人们普遍认为，嗅觉刺激会引起自动反应和运动行为。例如，在人类中，最近已经证明在负气味发作后 500 毫秒内存在回避运动反应（远离气味源）¹。Chalençon 等人（2022 年）通过记录自由移动的人类参与者探索烧瓶散发出的气味，表明运动行为（即接近鼻子的速度和取出含有气味剂的烧瓶）与气味享乐密切相关².此外，最近通过使用脑电图¹，在人类中证明了嗅觉系统的处理与运动皮层活动之间的密切联系。具体来说，在负气味开始后大约 350 毫秒，在初级运动皮层 （M1） 上方和内部观察到特定的 mu 节律不同步，已知反映了动作准备过程，随后不久是行为向后运动¹。最近的另一项研究表明，与无气味条件相比，暴露于令人愉悦的气味剂会增加皮质脊髓兴奋性³。在这项研究中，对 M1 施加单脉冲经颅磁刺激 （spTMS） 以唤起目标手肌中的运动诱发电位 （MEP），在气味感知期间用肌电图 （EMG） 在外周记录。暴露于令人愉悦的气味剂是通过浸有纯佛手柑精油的纸条被动提供的，并放置在鼻子下方的金属支架^{上 3}.在这种情况下，尚不清楚皮质脊髓兴奋性的促进是由于令人愉悦的气味刺激还是由于非特异性行为影响，例如嗅探和咬牙^4,5。此外，目前尚不清楚令人不快的气味如何调节 TMS 探测的 M1 兴奋性。

总之，这突出了开发一种方法的必要性，该方法与先前研究中使用的现有技术相比具有以下优势^3,6：（1）在同一实验阶段随机呈现不同的气味条件（令人愉悦/令人不快/无气味），（2）在研究运动系统时，根据人类鼻呼吸阶段（吸气和呼气）精确同步气味呈现和TMS时间。

TMS 还可以用作研究多个皮质区域和 M1 之间皮质-皮质相互作用的工具，也称为有效连接，具有高时间分辨率^{7、8、9、10、11、12}。在这里，我们使用双位点 TMS （dsTMS） 范式，其中第一次调节刺激 （CS） 激活目标皮质区域，第二次测试刺激 （TS） 使用另一个线圈在 M1 上施加以唤起 MEP。通过将条件 MEP（dsTMS 条件）的振幅归一化为非条件 MEP（spTMS 条件）的振幅来评估 CS 的影响¹³。然后，负比率值表示抑制性皮质-皮质相互作用，而正比率值表示两个刺激区域之间的促进皮质-皮质相互作用。因此，dsTMS 范式提供了一个独特的机会来识别预激活区域和 M1 之间有效连接的性质（即促进或抑制）、强度和调节。重要的是，皮质-皮层相互作用反映了促进和抑制的复杂平衡，这种平衡可能在不同的时间和精神状态或任务中受到调节^7,14。

据我们所知，相对较新的dsTMS范式从未用于研究具有不同享乐值的气味感知过程中的皮质-皮质相互作用。然而，神经影像学研究表明，暴露于令人愉悦和令人不快的气味会诱导情绪、决策和行动控制区域的连接性变化，包括辅助运动区、前扣带回皮层和背外侧前额叶皮层 （DLPFC）^15,16。事实上，DLPFC是介导情绪控制、感觉处理和运动控制的更高层次方面的关键节点，例如准备过程17,18,19。此外，人类和动物研究都提供了证据表明，DLPFC 对 M1^{17、18、20、21、22} 具有不同的神经元投射。根据上下文，这些 DLPFC 投影可以促进或抑制 M1 活性 ^7,19,20。因此，DLPFC 和 M1 之间的有效连接似乎有可能在气味呈现过程中受到调节，并且令人愉快和令人不快的气味会招募分离的皮层网络，从而导致对 DLPFC-M1 连接的不同影响。

在这里，我们提出了一种新方法，适用于方法学上的严格研究，即在感知令人愉快和不愉快的气味时可能发生的皮质脊髓兴奋性和有效连接的调节，所有这些都与人类鼻呼吸同步传递。