ヒトの嗅覚機能を研究する自由呼吸fMRI法
Summary
我々は、人間の中心嗅覚系から信頼できる機能的磁気共鳴イメージング（fMRI）データを得るための技術的課題と解決策を提示する。これには、嗅覚fMRIパラダイム設計における特別な考慮事項、MRI適合オルファクトメーターによるfMRIデータ収集、匂い選択、およびデータ後処理のための特別なソフトウェアツールの記述が含まれる。
Abstract
ヒトの嗅覚の研究は、生物医学的研究から臨床評価までの応用分野を持つ非常に複雑で貴重な分野です。現在、機能的磁気共鳴イメージング（fMRI）を用いたヒト中心嗅覚システムの機能の評価は、いくつかの技術的困難のために依然として課題である。適切な匂い選択、匂い提示と呼吸との相互作用、および匂い物質への潜在的期待または慣れを含む、fMRIを用いた中枢嗅覚システムの機能をマッピングするための効果的な方法を検討する際に考慮すべきいくつかの重要な変数がある。事象に関連した、呼吸によって誘発される嗅覚fMRI技術は、潜在的な干渉を最小限に抑えながら臭い物質を正確に投与して嗅覚系を刺激することができる。我々のデータ後処理法を用いて、原発性嗅覚野におけるfMRI信号の正確なオンセットを効果的に捕捉することができる。テクニック・プレ信頼できる嗅覚fMRIの結果を得るための効率的で実用的な手段を提供する。そのような技術は、アルツハイマー病およびパーキンソン病を含む嗅覚変性に関連する疾患の診断ツールとして臨床領域で最終的に適用することができ、ヒトの嗅覚系の複雑さをさらに理解し始める。
Introduction
人間の嗅覚系は、嗅覚が恒常性の調節および感情においても重要な役割を果たすため、感覚系以上のものであると理解されている。臨床的には、人間の嗅覚系は、アルツハイマー病、パーキンソン病、心的外傷後ストレス障害、およびうつ病1、2、3、4、5のように多くの流行の神経疾患や精神疾患の攻撃に対して脆弱であることが知られています。現在、血液酸素レベル依存性（BOLD）コントラストを有する機能的磁気共鳴イメージング（fMRI）は、人間の脳の機能をマッピングするための最も貴重な技術である。この技術により、中心嗅覚構造（ 例えば 、梨状皮質、眼窩前頭皮質、扁桃体、膵島皮質）の特定の機能に関する重要な知識が得られているIQUE 6、7、8、9、10。
しかしながら、ヒトの中枢嗅覚系および関連疾患の研究へのfMRIの適用は、BOLDシグナルの迅速な慣れと呼吸による可変調節という2つの主要な障害によって妨げられている。日常生活では、一定期間において匂いに曝されると、すぐに香りに慣れます。嗅覚のfMRIを用いて調べたときに、実際には、臭い誘発性のfMRI信号が急速に刺激パラダイムデザイン8、10、11、12、13、14上の課題を提起慣れによって減衰されます。一次嗅覚野の初期の有意なBOLDシグナルは持続するだけである臭いが発症してから数秒間。したがって、嗅覚的fMRIパラダイムは、短期間で長期または頻繁な匂い刺激を避けるべきである。習慣化効果を減少させるために、fMRIパラダイムに交互の臭気を提示する試みがいくつかなされている。しかしながら、このアプローチは、各付臭剤が独立した刺激事象として扱われることができるので、データ解析を複雑にする可能性がある。
被験者の呼吸パターンにばらつきがある場合、別の技術的問題が生じる。固定タイミングのパラダイムの間に、匂いの投与と吸入が常に同期するとは限りません。嗅覚刺激の発症および持続時間は、個々の呼吸によって調節され、fMRIデータの質および分析を混乱させる。いくつかの研究では、呼吸と匂いの発症を同期させるための視覚的または聴覚的手がかりを用いてこの問題を緩和しようと試みたが、被験者のコンプライアンスは特に臨床集団において変動する。 wiに関連する脳活性化特定のアプリケーションでは、これらの手がかりもデータ分析を複雑にする可能性があります。したがって、臭気物質送達と吸入を同期させることは、嗅覚fMRI研究15にとって重要であり得る。
嗅覚fMRIに不可欠な追加の考慮事項、特にデータ分析プロセスでは、匂い選択が重要です。認識された強度に関して適切なニオイ物質の濃度を見つけることは、様々な実験条件または疾患の下での脳における活性化レベルの定量化および比較のために重要である。また、匂いの選択は、匂いの価数や心地よさを考慮しなければならない。これは嗅覚学習16、17で発散時間プロファイルを引き起こすことが知られています。この理由から、このデモンストレーションではラベンダーの香りが部分的に選択されました。特定の研究の目的に応じて、異なる匂い物質がより良い選択肢になる可能性があります。さらに、三叉神経刺激を最小限に抑えて、直接的に嗅覚に関連しない活性化18 。
この報告では、磁気共鳴環境において嗅覚計を用いて呼吸によって引き起こされるパラダイムを設定し実行するためのfMRI技術を実証する。また、データ収集中に発生したタイミングエラーを減らし、データ分析をさらに改善するためのポスト処理ツールも提供しています。
Protocol
Representative Results
Discussion
実験手順は、信頼できる嗅覚活性化データを収集するために慎重に検討し、適切に実施すべきである。プロトコル内の重要なステップには、臭気の伝達を画像取得と同期させるための呼吸トリガのパラダイムの実装、精神物理応答の制御のための臭気物質の適切な濃度の準備、安定した呼吸信号と一定の空気流を伴う嗅覚器の設定、 ONSETを使用して臭気開始ベクトルを遡及的に調整するため?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者には謝辞はありません。
Materials
| 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 |
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