Corticospinal excitability और प्रभावी कनेक्टिविटी पर odors के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए मस्तिष्क सिमुलेशन के साथ एक सांस-सिंक्रनाइज़ olfactometer का संयोजन
Summary
यह पत्र मानव नाक श्वास के लिए सिंक्रनाइज़ गंध प्रस्तुति के दौरान एकल और दोहरे कुंडल ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) को ट्रिगर करने के लिए एक सांस-सिंक्रनाइज़ ओल्फैक्टोमीटर का उपयोग करने का वर्णन करता है। यह संयोजन हमें निष्पक्ष रूप से जांच करने की अनुमति देता है कि किसी दिए गए व्यक्ति में कॉर्टिकोस्पाइनल उत्तेजना और मस्तिष्क-प्रभावी कनेक्टिविटी को सुखद और अप्रिय गंध कैसे प्रभावित करते हैं।
Abstract
यह व्यापक रूप से स्वीकार किया जाता है कि घ्राण उत्तेजना मोटर व्यवहार को प्राप्त करती है, जैसे कि सुखद गंधकों के पास पहुंचना और जानवरों और मनुष्यों में अप्रिय लोगों से बचना। हाल ही में, इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफी और ट्रांसक्रैनियल चुंबकीय उत्तेजना (टीएमएस) का उपयोग करने वाले अध्ययनों ने घ्राण प्रणाली में प्रसंस्करण और मनुष्यों में मोटर प्रांतस्था में गतिविधि के बीच एक मजबूत कड़ी का प्रदर्शन किया है। घ्राण और मोटर प्रणालियों के बीच बातचीत को बेहतर ढंग से समझने के लिए और पिछली कुछ पद्धतिगत सीमाओं को दूर करने के लिए, हमने एक ओल्फैक्टोमीटर के संयोजन वाली एक नई विधि विकसित की है जो विभिन्न हेडोनिक मूल्यों और टीएमएस (एकल और दोहरे कुंडल) के साथ गंध की यादृच्छिक क्रम प्रस्तुति को सिंक्रनाइज़ करती है। यह विधि कॉर्टिकोस्पाइनल उत्तेजना के मॉड्यूलेशन और पृष्ठीय प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स और प्राथमिक मोटर कॉर्टेक्स के बीच प्रभावी ipsilateral कनेक्टिविटी की जांच करने की अनुमति देती है जो सुखद और अप्रिय गंध धारणा के दौरान हो सकती है। इस विधि के आवेदन निष्पक्ष किसी भी भागीदार में एक odorant के सुखदता मूल्य भेदभाव के लिए अनुमति देगा, मस्तिष्क प्रभावी कनेक्टिविटी और उत्तेजना पर odorant के जैविक प्रभाव का संकेत. इसके अलावा, यह न्यूरोलॉजिकल या न्यूरोसाइकिएट्रिक विकारों वाले रोगियों में नैदानिक जांच का मार्ग प्रशस्त कर सकता है जो गंध हेडोनिक परिवर्तन और दुर्भावनापूर्ण दृष्टिकोण-परिहार व्यवहार प्रदर्शित कर सकते हैं।
Introduction
यह व्यापक रूप से स्वीकार किया जाता है कि घ्राण उत्तेजना स्वचालित प्रतिक्रियाओं और मोटर व्यवहार को प्राप्त करती है। उदाहरण के लिए, मनुष्यों में, नकारात्मक गंध की शुरुआत के बाद 500 एमएस होने वाली एक परिहार मोटर प्रतिक्रिया (गंध स्रोत से दूर झुकाव) का अस्तित्व हाल ही में प्रदर्शित किया गयाहै 1. फ्लास्क से निकलने वाली गंधों की खोज करने वाले स्वतंत्र रूप से चलने वाले मानव प्रतिभागियों को रिकॉर्ड करके, चेलेनकॉन एट अल (2022) ने दिखाया कि मोटर व्यवहार (यानी, नाक के दृष्टिकोण की गति और गंध युक्त फ्लास्क की वापसी) गंध हेडोनिक्स2 से निकटता से जुड़े हुए हैं। इसके अलावा, घ्राण प्रणाली में प्रसंस्करण और मोटर प्रांतस्था में गतिविधि के बीच एक करीबी लिंक हाल ही में इलेक्ट्रोएन्सेफलोग्राफी1 का उपयोग करके मनुष्यों में प्रदर्शित किया गया है। विशेष रूप से, नकारात्मक गंधों की शुरुआत के बाद लगभग 350 एमएस, एक विशिष्ट म्यू लय डीसिंक्रनाइज़ेशन, जिसे कार्रवाई तैयारी प्रक्रियाओं को प्रतिबिंबित करने के लिए जाना जाता है, प्राथमिक मोटर कॉर्टेक्स (एम 1) के भीतर और भीतर देखा गया था, इसके तुरंत बाद एक व्यवहारिक पिछड़ा आंदोलन1। घ्राण और मोटर प्रणालियों के बीच संबंध के विचार को मजबूत करते हुए, एक और हालिया अध्ययन से पता चला है कि एक सुखद गंध के संपर्क में बिना गंध की स्थिति की तुलना में कॉर्टिकोस्पाइनल उत्तेजना बढ़ जाती है3. इस अध्ययन में, एकल पल्स transcranial चुंबकीय उत्तेजना (spTMS) एम 1 करने के लिए एक लक्ष्य हाथ की मांसपेशी में एक मोटर विकसित क्षमता (एमईपी) पैदा करने के लिए लागू किया गया था, गंध धारणा के दौरान electromyography (EMG) के साथ परिधीय दर्ज की गई. सुखद गंध के लिए एक्सपोजर शुद्ध बरगामोट आवश्यक तेल के साथ sodden कागज स्ट्रिप्स द्वारा निष्क्रिय प्रदान किया गया था और नाक3 के नीचे एक धातु धारक पर रखा गया था. इस संदर्भ में, यह स्पष्ट नहीं है कि क्या corticospinal excitability की सुविधा सुखद गंध उत्तेजना या इस तरह के सूँघने और दांत clenching 4,5 के रूप में अनिर्दिष्ट व्यवहार प्रभाव के कारण है. इसके अलावा, यह अभी भी अज्ञात है कि कैसे एक अप्रिय गंधक टीएमएस द्वारा जांच की गई एम 1 उत्तेजना को नियंत्रित करता है।
संक्षेप में, यह एक विधि है कि पिछले अध्ययन 3,6 में इस्तेमाल किया मौजूदा तकनीक पर निम्नलिखित लाभ प्रदान करता है विकसित करने की आवश्यकता पर प्रकाश डाला गया: (1) एक ही प्रयोगात्मक चरण के भीतर विभिन्न गंध की स्थिति (सुखद / अप्रिय / कोई गंध) की प्रस्तुति randomizing (2) ठीक गंध प्रस्तुति और टीएमएस समय सिंक्रनाइज़ मानव नाक साँस लेने के चरणों (प्रेरणा और समाप्ति) के अनुसार मोटर प्रणाली का अध्ययन.
टीएमएस को कॉर्टिको-कॉर्टिकल इंटरैक्शन की जांच करने के लिए एक उपकरण के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है, जिसे कई कॉर्टिकल क्षेत्रों और एम 1 के बीच उच्च अस्थायी रिज़ॉल्यूशन 7,8,9,10,11,12 के बीच प्रभावी कनेक्टिविटी भी कहा जाता है। यहां, हम एक दोहरी साइट टीएमएस (डीएसटीएमएस) प्रतिमान का उपयोग करते हैं, जिसमें एक प्रथम-कंडीशनिंग उत्तेजना (सीएस) एक लक्ष्य कॉर्टिकल क्षेत्र को सक्रिय करती है, और एक एमईपी को विकसित करने के लिए एक और कॉइल का उपयोग करके एम 1 पर एक दूसरा परीक्षण उत्तेजना (टीएस) लागू किया जाता है। सीएस के प्रभाव का मूल्यांकन बिना शर्त एमईपी (एसपीटीएमएस स्थिति)13के आयाम के लिए वातानुकूलित एमईपी (डीएसटीएमएस स्थिति) के आयाम को सामान्य करके किया जाता है। फिर, नकारात्मक अनुपात मान दमनकारी कॉर्टिको-कॉर्टिकल इंटरैक्शन का संकेत देते हैं, जबकि सकारात्मक अनुपात मान दो उत्तेजित क्षेत्रों के बीच सुविधाजनक कॉर्टिको-कॉर्टिकल इंटरैक्शन का संकेत देते हैं। dsTMS प्रतिमान इस प्रकार प्रकृति (यानी, सुविधा या दमनकारी), ताकत, और preactivated क्षेत्र और एम 1 के बीच प्रभावी कनेक्टिविटी के modulations की पहचान करने के लिए एक अनूठा अवसर प्रदान करता है. महत्वपूर्ण बात, cortico-cortical बातचीत सुविधा और दमन है कि अलग समय और मानसिक राज्यों या 7,14 कार्यों में संशोधित किया जा सकता है की एक जटिल संतुलन को दर्शाते हैं.
हमारे ज्ञान के लिए, अपेक्षाकृत नए dsTMS प्रतिमान का उपयोग कभी भी विभिन्न हेडोनिक मूल्यों के साथ गंध धारणा के दौरान कॉर्टिको-कॉर्टिकल इंटरैक्शन की जांच करने के लिए नहीं किया गया है। हालांकि, न्यूरोइमेजिंग अध्ययनों से पता चला है कि सुखद और अप्रिय गंधकों के संपर्क में पूरक मोटर क्षेत्र, पूर्वकाल सिंगुलेट कॉर्टेक्स और पृष्ठीय प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स (डीएलपीएफसी)15,16सहित भावना, निर्णय लेने और कार्रवाई नियंत्रण में शामिल क्षेत्रों में कनेक्टिविटी परिवर्तन होता है। दरअसल, डीएलपीएफसी भावनात्मक नियंत्रण, संवेदी प्रसंस्करण, और मोटर नियंत्रण के उच्च-स्तरीय पहलुओं की मध्यस्थता करने वाला एक प्रमुख नोड है, जैसे कि प्रारंभिक प्रक्रियाएं 17,18,19। इसके अलावा, मानव और पशु दोनों अध्ययनों ने सबूत दिए हैं कि डीएलपीएफसी में एम 1 17,18,20,21,22 के लिए विविध न्यूरोनल अनुमान हैं। संदर्भ के आधार पर, ये डीएलपीएफसी अनुमान या तो एम 1 गतिविधि 7,19,20 को सुविधाजनक या बाधित कर सकते हैं। इस प्रकार, यह संभव लगता है कि डीएलपीएफसी और एम 1 के बीच प्रभावी कनेक्टिविटी गंध प्रस्तुति के दौरान संशोधित होती है और सुखद और अप्रिय गंधक अलग-अलग कॉर्टिकल नेटवर्क की भर्ती करते हैं, जिससे डीएलपीएफसी-एम 1 कनेक्टिविटी पर अंतर प्रभाव पड़ता है।
यहां, हम कॉर्टिकोस्पाइनल उत्तेजना और प्रभावी कनेक्टिविटी के मॉड्यूलेशन के पद्धतिगत कठोर अध्ययन के लिए उपयुक्त एक नई विधि का प्रस्ताव करते हैं जो सुखद और अप्रिय गंध की धारणा के दौरान हो सकता है, सभी मानव नाक श्वास के साथ सिंक्रनाइज़ में वितरित किए जाते हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
ऊपर दिए गए प्रोटोकॉल में एक उपन्यास विधि का वर्णन किया गया है जो गंध के हेडोनिक मूल्य के आधार पर कॉर्टिकोस्पाइनल उत्तेजना और प्रभावी कनेक्टिविटी में परिवर्तन की जांच करने के लिए एकल और दोहरे कॉइल टीएम…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को फोंडेशन डी फ्रांस, ग्रांट एन°: 00123049/डब्ल्यूबी-2021-35902 (जेबी और एनएम द्वारा प्राप्त अनुदान) द्वारा समर्थित किया गया था। लेखक अपने समर्थन के लिए फोंडेशन पियरे डेनिकर को धन्यवाद देना चाहते हैं (सीएन द्वारा प्राप्त अनुदान) और सेटअप को डिजाइन करने में उनकी बहुमूल्य मदद के लिए न्यूरो-इमर्शन प्लेटफॉर्म के कर्मचारी।
Materials
| 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 |
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