Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Kombinere et pustesynkronisert olfactometer med hjernesimulering for å studere virkningen av lukt på kortikospinal eksitabilitet og effektiv tilkobling

Published: January 19, 2024 doi: 10.3791/65714
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2, 3, 3, 3, 1,2
1PSYR2, Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale U1028, Centre National de la Recherche Scientifique UMR5292, Université Claude Bernard Lyon 1, 2Centre Hospitalier Le Vinatier, 3NEUROPOP, Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale U1028, Centre National de la Recherche Scientifique UMR5292, Université Claude Bernard Lyon 1

Summary

Dette papiret beskriver bruk av et pustesynkronisert olfactometer for å utløse enkelt- og dobbeltspole transkraniell magnetisk stimulering (TMS) under luktpresentasjon synkronisert med menneskelig nesepust. Denne kombinasjonen lar oss objektivt undersøke hvordan behagelige og ubehagelige lukter påvirker kortikospinal eksitabilitet og hjerneeffektiv tilkobling i et gitt individ.

Abstract

Det er allment akseptert at olfaktorisk stimulering fremkaller motorisk atferd, for eksempel å nærme seg behagelige luktstoffer og unngå ubehagelige, hos dyr og mennesker. Nylig har studier ved bruk av elektroencefalografi og transkraniell magnetisk stimulering (TMS) vist en sterk sammenheng mellom prosessering i olfaktorisk system og aktivitet i motorbarken hos mennesker. For bedre å forstå samspillet mellom lukt- og motorsystemene og for å overvinne noen av de tidligere metodologiske begrensningene, utviklet vi en ny metode som kombinerer et olfactometer som synkroniserer tilfeldig rekkefølgepresentasjon av odoranter med forskjellige hedoniske verdier og TMS (single- og dual-coil) utløser med nasale pustefaser. Denne metoden tillater undersøkelse av modulasjonene av kortikospinal eksitabilitet og effektiv ipsilateral tilkobling mellom den dorsolaterale prefrontale cortex og den primære motoriske cortex som kan oppstå under behagelig og ubehagelig luktoppfattelse. Anvendelsen av denne metoden vil tillate objektivt å diskriminere behagelighetsverdien til en odorant i en gitt deltaker, noe som indikerer den biologiske effekten av lukten på hjernens effektive tilkobling og spenning. I tillegg kan dette bane vei for kliniske undersøkelser hos pasienter med nevrologiske eller nevropsykiatriske lidelser som kan utvise lukthedoniske endringer og maladaptiv tilnærmingsunngåelsesatferd.

Introduction

Det er allment akseptert at olfaktorisk stimulering fremkaller automatiske reaksjoner og motoriske atferd. For eksempel, hos mennesker, har eksistensen av en unngåelsesmotorrespons (lener seg bort fra luktkilden) som forekommer 500 ms etter negativ luktutbrudd, nylig blitt demonstrert1. Ved å registrere fritt bevegelige menneskelige deltakere som utforsker lukt som kommer fra kolber, viste Chalençon et al. (2022) at motorisk atferd (dvs. hastighet på tilnærming til nesen og tilbaketrekking av kolben som inneholder luktstoffet) er nært knyttet til lukthedonikk2. Videre har en nær sammenheng mellom prosessering i luktesystemet og aktivitet i motorbarken nylig blitt demonstrert hos mennesker ved bruk av elektroencefalografi1. Nærmere bestemt, ca. 350 ms etter utbruddet av negativ lukt, ble en spesifikk mu-rytmedesynkronisering, kjent for å reflektere handlingsforberedelsesprosesser, observert over og innenfor den primære motoriske cortex (M1), kort etterfulgt av en atferdsmessig bakoverbevegelse1. Styrking av ideen om et forhold mellom olfaktoriske og motoriske systemer, viste en annen nylig studie at eksponering for en behagelig lukt økte kortikospinal excitability sammenlignet med en ikke-lukttilstand3. I denne studien ble enkeltpuls transkraniell magnetisk stimulering (spTMS) brukt på M1 for å fremkalle et motorfremkalt potensial (MEP) i en målhåndsmuskel, registrert perifert med elektromyografi (EMG) under luktoppfattelse. Eksponering for det behagelige luktestoffet ble gitt passivt av papirstrimler sodden med ren bergamott essensiell olje og plassert på en metallholder under nesen3. I denne sammenheng er det fortsatt uklart om tilretteleggingen av kortikospinal eksitabilitet skyldes den behagelige luktstimuleringen eller uspesifikke atferdseffekter som sniffing og tenner som kniper 4,5. Videre er det fortsatt ukjent hvordan en ubehagelig luktant modulerer M1-spenning undersøkt av TMS.

Oppsummert fremhever dette behovet for å utvikle en metode som gir følgende fordeler i forhold til eksisterende teknikker brukt i tidligere studier 3,6: (1) randomisere presentasjonen av forskjellige luktforhold (behagelig / ubehagelig / ikke-lukt) innenfor samme eksperimentelle fase, (2) nøyaktig synkronisere luktpresentasjon og TMS-timing i henhold til menneskets nesepustefaser (inspirasjon og utløp) når man studerer motorsystemet.

TMS kan også brukes som et verktøy for å undersøke kortiko-kortikale interaksjoner, også kalt effektiv tilkobling, mellom flere kortikale områder og M1 med høy temporal oppløsning 7,8,9,10,11,12. Her bruker vi et dual-site TMS (dsTMS) paradigme, der en førstekondisjoneringsstimulering (CS) aktiverer et målkortikal område, og en andre teststimulering (TS) påføres over M1 ved hjelp av en annen spole for å fremkalle en MEP. Effekten av CS evalueres ved å normalisere amplituden til den betingede MEP (dsTMS-tilstanden) til amplituden til den ubetingede MEP (spTMS-tilstanden)13. Deretter indikerer negative forholdsverdier undertrykkende kortiko-kortikale interaksjoner, mens positive forholdsverdier indikerer tilretteleggende kortikokortikale interaksjoner mellom de to stimulerte områdene. dsTMS-paradigmet gir dermed en unik mulighet til å identifisere naturen (dvs. tilretteleggende eller undertrykkende), styrken og modulasjonene av den effektive forbindelsen mellom det forhåndsaktiverte området og M1. Det er viktig at kortiko-kortikale interaksjoner gjenspeiler en kompleks balanse mellom tilrettelegging og undertrykkelse som kan moduleres i forskjellige timing og mentale tilstander eller oppgaver 7,14.

Så vidt vi vet, har det relativt nye dsTMS-paradigmet aldri blitt brukt til å undersøke kortiko-kortikale interaksjoner under luktoppfattelse med forskjellige hedoniske verdier. Imidlertid har neuroimaging studier vist at eksponering for behagelige og ubehagelige luktstoffer induserer tilkoblingsendringer i områder som er involvert i følelser, beslutningstaking og handlingskontroll, inkludert det supplerende motoriske området, fremre cingulate cortex og dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) 15,16. Faktisk er DLPFC en nøkkelnode som formidler emosjonell kontroll, sensorisk behandling og høyere nivå aspekter av motorstyring, for eksempel forberedende prosesser 17,18,19. I tillegg har både menneske- og dyreforsøk gitt bevis på at DLPFC har forskjellige nevronprojeksjoner til M1 17,18,20,21,22. Avhengig av konteksten kan disse DLPFC-projeksjonene enten lette eller hemme M1-aktivitet 7,19,20. Dermed virker det mulig at den effektive tilkoblingen mellom DLPFC og M1 moduleres under luktpresentasjon, og at behagelige og ubehagelige luktstoffer rekrutterer separerte kortikale nettverk, noe som fører til en differensiell effekt på DLPFC-M1-tilkobling.

Her foreslår vi en ny metode som er egnet for metodologisk streng studie av modulasjonene av kortikospinal excitabilitet og effektiv tilkobling som kan oppstå under oppfatningen av behagelige og ubehagelige lukt, alt levert synkront med menneskelig nesepust.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle eksperimentelle prosedyrer beskrevet i de følgende avsnittene er godkjent av en etisk komité (CPP Ile de France VII, Paris, Frankrike, protokollnummer 2022-A01967-36) i samsvar med Helsinkideklarasjonen. Alle deltakerne ga skriftlig informert samtykke før studieinklusjon.

1. Rekruttering av deltakere

  1. Inklusjons-/eksklusjonskriterier.
    1. Inkluder voksne (> 18 år) deltakere. Screene alle deltakere for eventuelle kontraindikasjoner til TMS i henhold til internasjonale ekspertretningslinjer23.
    2. Ekskluder deltakere med implantert medisinsk utstyr (f.eks. cochleaimplantat, hjertepacemaker osv.), en personlig eller familiehistorie med anfall, hodepine, hjernetraumer og nevroaktive medisiner. Ekskluder deltakere som anses som "anosmiske" i henhold til European Test of Olfactory Capabilities24.
  2. Handedness: Sjekk for høyrehendthet som vurdert av Edinburgh Handedness Inventory spørreskjema25.
    NOTAT. Det anbefales sterkt å rekruttere kun høyrehendte deltakere i studier som vurderer kortikospinal eksitabilitet og effektiv tilkobling i motorsystemet26,27.
  3. Informasjon og informert samtykke: Gi alle deltakerne grunnleggende informasjon om studiemålene, prosedyrene og risikoene som er godkjent av etikkomiteen, og be dem om å signere skriftlig informert samtykke.

2. Eksperimentell prosedyre

  1. Pasientinstallasjon: Be deltakeren om å sitte på en komfortabel stol (tannlegestoltype) med begge hender avslappet og pronert. Plasser paricipantens hode på en hakestøtte for å minimere hodebevegelse under stimulering.
  2. Elektromyografi opptak
    1. Forbered deltakerens hud før elektrodepåføring ved hjelp av en eksfolierende skrubb for å slipe områdene lett og rengjør områdene ved hjelp av alkoholputer der elektroder skal påføres.
    2. Påfør to sølv / sølvklorid engangsopptakselektroder med en mage-senemontasje av den første dorsale interosseous (FDI) muskelen. Legg jordelektroden til styloidprosessen til ulna (figur 1).
    3. Koble elektrodene til forsterkeren med kabler og datainnsamlingssystemet.
    4. Ta opp EMG-signalet ved hjelp av et analog-til-digitalt (AD) konverteringssystem. Forsterk og filtrer EMG-signaler (gain = 1000) ved hjelp av en båndbreddefrekvens mellom 10 Hz og 1 kHz. Digitaliser med en samplingsfrekvens på 2,000 Hz og lagre hver EMG-fil for offline analyse.
    5. Kontroller kvaliteten på signalet som vises på dataskjermen som er koblet til datainnsamlingssystemet.
  3. TMS spoleM1 posisjon.
    1. Koble denne spolen til A-stimulatoren (figur 1).
    2. Legg en tettsittende hette over deltakerens hode. Bruk et målebånd til å utføre målinger av nasion-inion, tragus-tragus og hodeomkrets basert på standard kraniale landemerker. Identifiser og merk med en penn hodebunnen toppunktet i skjæringspunktet mellom mid-sagittal (nasion-inion) og interaural (tragus-tragus) linje28.
    3. Plasser tangentielt til hodebunnen den første lille åttetallsspolen (indre diameter: 40 mm) over det antatte håndarealet til venstre M1 (spoleM1), som er 5 cm lateralt fra toppunktet, med håndtaket pekende bakover og lateralt i en 45° vinkel mot midtsagittallinjen, noe som resulterer i en bakre-fremre strømstrøm (monofasisk strømbølgeform). Denne orienteringen tilsvarer en maksimal indusert strøm som strømmer innenfor M1 innenfor M129.
    4. Sørg for at plasseringen av spolenM1 er optimal, i samsvar med de nyeste internasjonale anbefalingene30. Start med å levere noen få enkeltpulser ved 30% av maksimal stimulatorutgang (% MSO) og kontroller at stimuleringen produserer en MEP som registreres av EMG-systemet og vises på dataskjermen som er koblet til datainnsamlingssystemet.
      1. Hvis det ikke er noen synlige responser, øk stimuleringsintensiteten gradvis (trinn på 5 % MSO) til MEP observeres. Deretter tester du fire steder rundt det første stedet ved å levere flere pulser. Bestem gjennomsnittlig peak-to-peak MEP-amplitude for hvert sted.
      2. Velg plasseringen der den gjennomsnittlige peak-to-peak MEP-amplituden er høyest. Dette er den såkalte hotspot-plasseringen for deltakeren30. Merk spolenM1-plasseringen på hetten for å sikre riktig plassering av spolen gjennom hele eksperimentet.
  4. Hvilemotorisk terskel (rMT) og TMS-intensiteter
    1. Bestem hvilemotorterskelen (rMT) definert som TMS-intensiteten som gir en 50% sannsynlighet for å fremkalle en MEP23,30.
      1. Bruk det tilgjengelige nettbaserte gratisprogrammet (TMS Motor Threshold Assessment Tool, MTAT 2.1), som er basert på estimering av parametere med maksimal sannsynlighet ved hjelp av en sekvensiell teststrategi29. Stimuleringssekvensen starter alltid med intensiteten satt til 37 % MSO.
      2. La en eksperimentør holde spolenM1 mens en annen indikerer om MEP-amplituden er > 0,05 mV. Den prediktive algoritmen bestemmer deretter neste stimuleringsintensitet som skal leveres og stoppes etter 20 stimuleringer, noe som gir tilstrekkelig nøyaktighet for rMT-estimeringen i henhold til tidligere studier 31-34.
    2. Still inn %MSO for kondisjoneringen og testpulsstimuleringen. Bruk den tidligere bestemte rMT-verdien til deltakeren.
      MERK: Her ble intensiteten for den første kondisjoneringsstimuleringen (spole DLPFC) satt til 110% av rMT19,20. Intensiteten av teststimuleringen (spoleM1) ble satt til 120% av rMT, en intensitet som avviker litt fra tidligere studier som brukte en TS-intensitet som fremkalte en MEP på ~ 1 mV hos alle deltakerne19,20 . Denne faste topp-til-topp-intensiteten forekommer på svært forskjellige punkter på rekrutteringskurvene for kryssløp på grunn av den høye inter-subjektvariabiliteten i motoreffekt35. Derfor kan stimuleringsintensiteten optimaliseres ved hjelp av 120% RMT-intensitet på tvers av individer.
  5. TMS-spoleDLPFC-posisjonering
    1. Koble denne spolen til B-stimulatoren (figur 1).
    2. Bruk den nylig oppdaterte hodebunnsheuristikken til å lokalisere området i hodebunnen som tilsvarer venstre DLPFC36,37 for å estimere posisjonen til den andre lille åttetallspolen (indre diameter: 40 mm) over DLPFC (spoleDLPFC). Last ned det elektroniske Excel-regnearkberegningsverktøyet36 og skriv inn nasion-inion- og tragus-tragus-avstandene og hodeomkretsen i centimeter som innganger. Rapporter XLA og YLA avstander direkte på deltakerens hode.
    3. Plasser tangentielt til hodebunnen spolenDLPFC over antatt venstre DLPFC-plassering, med håndtaket pekende nedover og lateralt i en -45° vinkel mot midt-sagittallinjen. Merk spolensDLPFC-plassering på hetten for å sikre riktig plassering av spolen gjennom hele eksperimentet.
      MERK: Denne hodebunnsbaserte målrettingsmetoden for både spoleM1 ogspole DLPFC-steder er ikke optimal. Faktisk er det kjent for å være mindre nøyaktig enn nevronavigasjonsmetoden som brukes til å målrette hjerneområdene av interesse basert på individuell T1 anatomisk magnetisk resonansavbildning (MRI)38.
  6. Forsinkelse mellom kondisjonerings- og testpulser: Sett denne forsinkelsen til 10 ms på pulsgeneratorenheten.
    MERK: Her er forsinkelsen fastsatt til 10 ms basert på tidligere studier som viser en hemmende påvirkning fra venstre DLPFC til venstre M1 ved dette intervallet19,20. Denne hemmende effekten observert ved 10 ms skyldes sannsynligvis aktivering av basalgangliene via DLPFC-projeksjonene til pre-SMA, og utøver dermed en indirekte innflytelse på M139. Forsinkelsen kan justeres i koden i henhold til brukerens behov. For eksempel kan et lengre interstimuleringsintervall (dvs. 25 ms) brukes til å undersøke polysynaptiske indirekte kortiko-subkortikal-kortikale kretser som forbinder DLPFC med M119. Videre er differensiell fasiliterende/hemmende påvirkning vist ved bruk av dual-site ppTMS mellom flere kortikale områder, med intervaller fra 1 ms til 150 ms40,41. Dermed åpner det faktum at intervallet kan justeres veien til et bredt spekter av muligheter for fremtidige forskningsstudier.
  7. Olfactometer innstillinger
    1. Velg luktstoffer med hyggelige og ubehagelige hedoniske verdier. Fortynn på forhånd luktstoffene individuelt i mineralolje for å skape iso-intens oppfatning.
      MERK: Her var valget og konsentrasjonen av luktstoffer (dvs. isoamylacetat og smørsyre fortynnet til henholdsvis 0,6% og 0,11% vol / vol konsentrasjoner) basert på tidligere studier av vår gruppe ved bruk av samme olfactometer-oppsett og luktstoffer42,43. En pilotstudie bekrefter at de positive og negative luktene ikke var forskjellige når det gjelder intensitet, men var motsatt i hedonisk verdi. I kontrolltilstanden (dvs. ingen luktant) leveres bare luftstrøm til deltakeren.
    2. Skriv koden for å levere luktstoffene. For hvert forsøk, angi den totale varigheten av forsøket, luktemidlet som skal leveres, strømningshastigheten til luktemiddelregulatoren (i milliliter per minutt), strømningshastigheten til bærerluftregulatoren (i milliliter per minutt) og strømningshastigheten til sugeregulatoren.
      MERK: Rekkefølgen på det leverte luktstoffet kan randomiseres mellom positiv, negativ og ingen lukt. Her har hver prøve en varighet på 12 s. Bestillingen av lukt levert var pseudo-randomisert. I tillegg, basert på et piloteksperiment, ble strømningshastigheten til luktregulatoren satt til 200 ml / min, strømningshastigheten til bæreluftregulatoren ved 500 ml / min, og strømningshastigheten til sugeregulatoren ved 100 ml / min.
    3. Plasser nesekanylen nær deltakerens nesebor for å måle nesepusten. Be deltakeren om å puste normalt gjennom nesen.
    4. Slå på den bærbare luftkompressoren, olfactometer-saken og PC-en som inneholder programvaren. Kontroller alle kabeltilkoblingene (figur 1).
      MERK: Olfactometeret som ble brukt i den nåværende studien har blitt beskrevet i detalj i en tidligere publikasjon44 , men har blitt modifisert her for å tillate TMS-utløsning med variable forsinkelser etter inspirasjonsstartdeteksjon. Kort fortalt består enheten av flere moduler, inkludert 1) et luftkilde og luftbehandlingssystem som kommer fra en bærbar luftkompressor, 2) et stimuleringssystem inkludert elektroniske og pneumatiske enheter, 3) et hjemmelaget blandehode koblet til et leveringssystem som tillater diffusjon av luktstoffer i deltakerens nese, 4) et respiratorisk sensorisk system som utløser olfactometeret i henhold til neserespirasjonsmåling med en nesekanyle og 5) en programvare Kontrollsystem44.
    5. Kalibrering: Gå videre til kalibreringsfasen (ca. 20 s.), som gjør det mulig å kalibrere deltakerens respiratoriske signal og justere deteksjonstersklene i ekspiratorisk og inspiratorisk fase. I denne programvaren er ekspiratorisk fase positiv, og inspirasjonsfasen er negativ.
    6. Lukthedoniske og intensitetsvurderinger: Lever de to luktstoffene i en randomisert rekkefølge og be deltakerne om å rangere den hedoniske verdien og intensiteten til hver odorant på visuelle analoge skalaer fra 1 "ikke i det hele tatt hyggelig" til 9 "ekstremt hyggelig" og fra 1 "ikke i det hele tatt intens" til "ekstremt intens."
  8. Kombinere olfactometer og TMS: Angi forsinkelsen mellom deteksjonen av inspirasjonsfasen og utløseren for å sende TMS på 600 ms.
    MERK: Innstillingen av forsinkelsen er viktig og må bestemmes i henhold til litteraturen og brukerens behov. I denne protokollen ble forsinkelsen satt til 600 ms, som har vist seg å være den maksimale bevisste perseptuelle representasjonen av lukt45. For enkeltpuls TMS-tilstand aktiverer denne utløseren umiddelbart A-stimulatoren, og en puls leveres av spolen plassert på venstre M1 for å fremkalle en ubetinget MEP. For dual-coil TMS-tilstand sendes denne utløseren til to forskjellige enheter (via to koaksialkabler forbundet med en T-tilkobling): den første aktiverer umiddelbart B-stimulatoren og en kondisjoneringspuls leveres av spolen plassert på venstre DLPFC; den andre mottas av en pulsgenerator som gjør det mulig å indusere en fast forsinkelse før aktivering av A-stimulatoren, og dermed levere en teststimulering gjennom spolen plassert på venstre M1 for å fremkalle en betinget MEP (figur 1).

Figure 1
Figur 1: Eksperimentelt oppsett. De dristige linjene representerer pneumatiske forbindelser. En luftkompressor er koblet til olfactometeret for å generere forskjellige luftstrømmer. En regulator styrer trykket, og inngangsluftstrømmen er rettet til 3 kanaler (gjennom 3 masseregulatorer): en for lufttransportøren (blå linje), en for aspirasjonssystemet (brun linje) for å rengjøre og bidra til å kontrollere stimuleringstiden og den siste for luktestoffene44. To U-formede rør inneholder luktstoffer (grønn: behagelig; rød: ubehagelig) der de er kondisjonert under trykk i mettet damptilstand, noe som sikrer en luktet luftstrøm med stabil intensitet over tid. Blandehodet brukes til å blande de rene og luktede luftstrømmene. Luftstrømmen (luktet eller ren) leveres til neseborene gjennom to rør (grå linjer) festet til en nesekanyle, som også brukes til å registrere nesepust (lilla linje). Basert på respirasjonssignalet, så snart innåndingsfasen oppdages, sendes en utløser for spTMS-tilstanden til en pulsgeneratoranordning som brukes til å stille inn en forsinkelse (her: 10 ms), deretter til en TMS-stimulator A koblet til CoilM1 påført over venstre M1 håndmuskelrepresentasjon, mens TMS-stimulatoren B er slått av. For dsTMS-tilstanden sendes en utløser umiddelbart til TMS-stimulatoren B koblet til CoilDLPFC påført over venstre DLPFC, og pulsgeneratorenheten brukes til å stille inn en forsinkelse (her: 10 ms) før den utløser TMS-stimulatoren A koblet til CoilM1. Respirasjonssignalet og MEP-amplituden som er oppnådd av EMG-systemet, registreres av programvare installert på en PC. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

3. Målinger

  1. Kjør det skreddersydde kodingsskriptet i olfactometer-programvaren (se trinn 2.7.2) for å levere alle kombinasjoner av spTMS og dsTMS med behagelig og ubehagelig lukt og ikke-lukt som oppstår i tilfeldig rekkefølge.
    MERK: Her ble det registrert 20 studier for hver tilstand (120 studier totalt). Forsøket ble delt inn i 6 blokker med 20 forsøk hver. Antall forsøk for hver tilstand kan endres i henhold til brukerens behov.

4. Dataanalyser

  1. For hver deltaker, tilstand og prøve, trekk ut topp-til-topp MEP-amplitude. Dette kan gjøres ved hjelp av en av åpen kildekode-verktøykassene som er tilgjengelige online46,47.
  2. Normaliser dataene ved å beregne et MEP-forhold som uttrykker MEP-er fremkalt av teststimuleringen i dsTMS-studier i forhold til MEPs fremkalt av teststimuleringen i spTMS-studier12. Gjør dette separat for hver deltaker og for hver lukttilstand (dvs. ingen lukt, positiv lukt og negativ lukt). Etter denne prosedyren tolkes resultatene som følger: MEP-forhold over 1 indikerer en tilretteleggende påvirkning av DLPFC på M1, mens MEP-forhold under 1 indikerer en hemmende påvirkning av DLPFC på M1.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De representative dataene som presenteres her, gjenspeiler opptak fra deltakere etter å ha fullført trinn-for-trinn-protokollen ovenfor for å gi et foreløpig innblikk i hva vi kan forvente.

Figur 2 viser et eksempel på en representativ deltakers respirasjonssignaler registrert med olfactometer-programvaren. Ekspiratorisk og inspiratorisk fase oppdages godt når tersklene krysses. Luktemidlet utløses umiddelbart etter utløpsfaseterskelen og diffunderer i 5 s. TMS-pulsen utløses med en forsinkelse (600 ms) etter inspirasjonsfaseterskelen.

Dette resultatet viser at metoden utviklet her nøyaktig kan synkronisere luktdiffusjon og TMS-timing i henhold til menneskelige nesepustefaser.

Figure 2
Figur 2: Eksempel på rådata fra respirasjonsopptak for en representativ deltaker. Utløpsfasen oppdages når en terskel (representert ved den røde linjen) krysses. Inspirasjonsfasen oppdages når en terskel (representert ved den blå linjen) krysses. Luktestoffet utløses umiddelbart etter utløpsfaseterskelen og diffunderer i 5 s, som vist ved den grønne linjen. TMS-pulsen utløses med en forsinkelse (600 ms) etter inspirasjonsfaseterskelen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figur 3 illustrerer resultatene fra EMG-dataregistreringer fra høyre FDI-muskel (MEP-registreringer), i henhold til forholdene (spTMS og dsTMS) og lukthedoniske verdier (ikke-luktende, positiv lukt og negative luktstoffer) for en representativ deltaker. Topp-til-topp-amplituden til parlamentsmedlemmene fremkalt av spTMS (figur 3A) og av dsTMS (figur 3B) varierte i henhold til den hedoniske verdien av luktestoffet. Når resultatene er normalisert (figur 3C), er alle MEP-forhold under 1, noe som indikerer en undertrykkende effekt av venstre DLPFC på venstre M1. Dette resultatet viser at metoden utviklet her tillater undersøkelser av modulasjoner av kortikospinal excitabilitet og effektiv tilkobling som oppstår under behagelig og ubehagelig luktoppfattelse, alt levert på en synkronisert måte med menneskelig nesepust. Disse resultatene er foreløpige og fortjener videre undersøkelser for å konkludere med de spesifikke effektene av lukt, hedoniske verdier på kortikospinal eksitabilitet og effektiv tilkobling.

Figure 3
Figur 3: Eksempel på typiske råopptak fra høyre FDI-muskel hos en deltaker. (A) spTMS-tilstand med positiv lukt (grønn), negativ luktende (oransje) og ikke-luktende forhold (grå). (B) dsTMS-tilstand, med positiv lukt (grønn), negativ lukt (oransje) og ikke-luktende forhold (grå). (C) MEP-forhold oppnådd etter normaliseringsprosedyren for en representativ deltaker. De tre MEP-forholdene er under 1, noe som indikerer en hemmende påvirkning av DLPFC på M1. Rå VVS-spor representerer ett enkelt prøveopptak. Søylediagrammer viser gjennomsnittet, standardavviket og den individuelle MEP-verdien av de 20 forsøkene som er oppnådd i hver tilstand. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Protokollen ovenfor beskriver en ny metode som kombinerer bruken av et pustesynkronisert olfactometer med single- og dual-coil TMS for å undersøke endringer i kortikospinal eksitabilitet og effektiv tilkobling avhengig av den hedoniske verdien av luktemidlene. Dette oppsettet vil tillate objektivt diskriminering av behagelighetsverdien til en luktant i en gitt deltaker, noe som indikerer den biologiske effekten av luktemidlet på hjernens effektive tilkobling og reaktivitet. De kritiske trinnene i denne protokollen involverer både TMS-parametere (plassering, intensiteter) og olfactometerparametere (luktvalg, timing i forhold til respiratoriske faser).

Denne kombinasjonen av spTMS og dsTMS med et olfactometer kan tilpasses på mange måter, avhengig av brukerens behov, og har klare metodiske fordeler. Som nevnt innledningsvis syntes to metodiske aspekter avgjørende for en mer dyptgående undersøkelse av det mekanistiske grunnlaget for samspillet mellom lukte- og motorsystemene. Den første var muligheten for å presentere forskjellige luktforhold (behagelig / ubehagelig / ingen lukt) innenfor samme eksperimentelle fase. Dette er nå mulig fordi det er mulig å spesifisere på prøve-til-prøve-basis hvilken luktemiddel som vil bli levert til emnet med konstant intensitet. Dette er et avgjørende punkt, da det tillater oss å eliminere de systematiske intraindividuelle endringene i MEPs amplitude innenfor og mellom stimulusblokker observert i tidligere studier, selv ved relativt lange interstimulusintervaller48,49.

Faktisk tillater anvendelsen av en TMS-puls til M1 kvantifisering av de observerte endringene i kortikospinal eksitabilitet med ubestridelig tidsmessig nøyaktighet. Imidlertid kan et svært stort antall faktorer modulere kortikospinal eksitabilitet, og disse må kontrolleres så mye som mulig. For eksempel endrer det enkle faktum av frivillig inspirasjon eller utånding (en motorisk handling) kortikospinal excitability av ikke-respiratoriske fingermuskler50.

Den andre var muligheten til å kontrollere og synkronisere flere faktorer med respirasjonsfasene. Disse inkluderer den nøyaktige varigheten og tidspunktet for luktdiffusjon til deltakerne og tidspunktet for TMS-pulsen. Enda viktigere, disse forskjellige parametrene kan endres i henhold til brukerens behov, og åpner veien for fremtidige studier.

Metoden som presenteres her åpner for et bredt spekter av fremtidig forskning og bredere spørsmål innen olfaction. For det første har ingen studier ennå undersøkt den tidsmessige presisjonen av moduleringen av kortikospinal eksitabilitet som respons på en olfaktorisk stimulus. Er denne modulasjonen veldig tidlig (dvs. før fremveksten av perceptuelle luktrepresentasjoner, estimert til å være mellom 300 ms og 500 ms etter luktutbrudd45) eller senere (dvs. når luktrepresentasjoner utvides til større områder forbundet med følelsesmessig, semantisk og minnebehandling45)? Er tidspunktet for endringer i kortikospinal excitability det samme avhengig av luktens hedoniske verdi? Ubehagelig lukt, som smerte, signaliserer ofte potensiell fare, fremkaller en raskere respons for raskt å unngå eller unnslippe negative situasjoner51,52, og dermed modulere kortikospinal eksitabilitet tidligere enn positiv lukt. Dette forblir imidlertid spekulativt. Ved å levere TMS-pulsen på forskjellige tidspunkter etter utbruddet av både positive og negative lukt og sammenligne endringene i kortikospinal excitabilitet, kan den nåværende protokollen løse dette spørsmålet. Videre, selv om fokuset i denne protokollen var på modulering av kortikospinal eksitabilitet ved å målrette M1, kan TMS-teknikken, på grunn av sin høye temporale oppløsning, også brukes til å undersøke årsakssammenhengene mellom hjerne og atferd og tidsforløpet til andre områder under olfaktoriske prosesser, på grunn av sin høye temporale oppløsning53. På samme måte, i den nåværende protokollen, evaluerte vi den effektive tilkoblingen mellom DLPFC og M1 fordi det er bevis i litteraturen at modulasjoner av denne tilkoblingen kan oppstå under luktoppfattelse. Imidlertid kan andre kortikokortikale eller kortiko-subkortikale kortikale nettverk moduleres under olfaction eller motoriske kontrollprosesser, og tilkoblingen i disse nettverkene kan enkelt vurderes med denne nye metoden. Den eneste endringen vil da være plasseringen av spolene mot de målrettede kortikale områdene. For eksempel har den orbitofrontale cortex vist seg å være involvert i koding for lukthedonisk verdi og luktoppfattelse54, og en nylig dual-site TMS-studie viste at dette området har en hemmende innflytelse på M1 i ro12. Probing endringer i effektiv tilkobling mellom orbitofrontal cortex og M1 under oppfatning av positive og negative lukt er en interessant studievei for en bedre forståelse av mekanismene bak samspillet mellom olfaktoriske og motoriske systemer.

I tillegg foreslår denne metoden en ny måte å pålitelig vurdere lukthedonisk oppfatning på en ikke-verbal eller bevisst måte. Dette kan bane vei for kliniske undersøkelser som tar sikte på å forstå unormale interaksjoner mellom prosessering i olfaktoriske og motoriske systemer. For eksempel kan den nåværende metoden brukes hos pasienter med nevropsykiatriske lidelser som alvorlig depressiv lidelse (MDD), som har vært assosiert med endringer i olfaktorisk funksjon, inkludert hedonisk oppfatning av lukt og maladaptiv tilnærming og unngåelsesadferd55. Videre, da venstre DLPFC har vist seg å være hypoaktiv hos MDD-pasienter56 og DLPFC-M1-tilkoblingen moduleres under tilnærmingsunngåelsesatferd19, kan kombinasjonen av TMS og et olfactometer være et lovende potensielt verktøy for å belyse nevrofysiologiske indikatorer på dysfunksjonell tilkobling mellom DLPFC og M1 hos MDD-pasienter. Nevrofysiologiske funn kan da korreleres med klinisk symptomatologi, som alvorlighetsgrad av depresjon eller olfaktorisk anhedoniaskår, definert som redusert evne til å oppleve glede, funnet hos pasienter med MDD57. Til slutt, hvis abnormiteter i effektiv tilkobling avsløres hos disse pasientene ved hjelp av metoden som presenteres her og korrelerer med kliniske symptomer, kan dual-site TMS brukes gjentatte ganger for å neuromodulere DLPFC-M1-tilkobling og forbedre kliniske symptomer, en protokoll kalt paret-assosiativ kortiko-kortikal stimulering58,59.

Selv om den nåværende metoden og resultatene gir et bevis på konsept for fremtidige undersøkelser av nevrale mekanismer som ligger til grunn for samspillet mellom olfaktoriske og motoriske systemer, må noen begrensninger og hensyn nevnes. For det første, for å øke påliteligheten og reproduserbarheten til målingene, bør de målrettede hjerneområdene være nøyaktig basert på anatomiske og funksjonelle områder (dette gjelder spesielt for DLPFC-målet). For det andre, som nevnt ovenfor og som demonstrert av E-field computational modeling, er den hodebunnsbaserte målrettingsmetoden som brukes til å posisjonere spolene suboptimal sammenlignet med MR-veiledning60. For å maksimere nøyaktigheten og presisjonen av TMS-posisjonering, bør et nevronavigasjonssystem som samregistrerer pasientens hode og strukturell magnetisk resonansavbildning (MRI) skanning og gir tilbakemelding i sanntid på spoleposisjonen, brukes38. I tillegg har beregningsorientert E-feltdosimetri vist seg å gi mer effektiv og fokusert stimulering ved å bestemme den individuelle spoleplasseringen som maksimerer E-feltlevering til et bestemt hjernemål61. Et tredje punkt å vurdere når man tolker resultatene knyttet til VVS-amplitude. Faktisk er MEP-amplitude kjent for å reflektere iboende forskjellige nevrale innganger til kortikospinale celler, inkludert transkortikale elementer, og aktiviteten til spinal motoneuron pool 62,63,64. Derfor gir moduleringen av kortikospinal eksitabilitet og effektiv tilkobling observert under eksponering for en behagelig lukt et delvis bilde av de mer komplekse supraspinale og spinale nettverkene som sannsynligvis vil være involvert i moduleringen av MEP-amplituden. Resultatene bør tolkes med forsiktighet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

JB er styremedlem i Brain Stimulation Section (STEP) av den franske sammenslutningen av biologisk psykiatri og nevropsykofarmakologi (AFPBN), av European Society of Brain Stimulation (ESBS), og rapporterer akademiske forskningsstipendier innen hjernestimulering fra CIHR (Canada), ANR og PHRC (Frankrike). Andre forfattere har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av Fondation de France, Grant N°: 00123049/WB-2021-35902 (et stipend mottatt av J.B. og N.M.). Forfatterne vil gjerne takke Fondation Pierre Deniker for støtten (stipend mottatt av C.N.) og personalet på Neuro-Immersion-plattformen for deres verdifulle hjelp til å designe oppsettet.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Iravani, B., Schaefer, M., Wilson, D. A., Arshamian, A., Lundström, J. N. The human olfactory bulb processes odor valence representation and cues motor avoidance behavior. Proceedings of the National Academy of Sciences. 118 (42), e2101209118 (2021).
  2. Chalençon, L., Thevenet, M., Noury, N., Bensafi, M., Mandairon, N. Identification of new behavioral parameters to assess odorant hedonic value in humans: A naturalistic approach. Journal of Neuroscience Methods. 366, 109422 (2022).
  3. Infortuna, C., et al. Motor cortex response to pleasant odor perception and imagery: The differential role of personality dimensions and imagery ability. Frontiers in Human Neuroscience. 16, 943469 (2022).
  4. Ozaki, I., Kurata, K. The effects of voluntary control of respiration on the excitability of the primary motor hand area, evaluated by end-tidal CO2 monitoring. Clinical Neurophysiology. 126 (11), 2162-2169 (2015).
  5. Boroojerdi, B., Battaglia, F., Muellbacher, W., Cohen, L. G. Voluntary teeth clenching facilitates human motor system excitability. Clinical Neurophysiology. 111 (6), 988-993 (2000).
  6. Rossi, S., et al. Distinct olfactory cross-modal effects on the human motor system. PLOS One. 3 (2), e1702 (2008).
  7. Neige, C., Rannaud Monany, D., Lebon, F. Exploring cortico-cortical interactions during action preparation by means of dual-coil transcranial magnetic stimulation: A systematic review. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 128 (October 2020), 678-692 (2020).
  8. Koch, G. Cortico-cortical connectivity: the road from basic neurophysiological interactions to therapeutic applications. Experimental Brain Research. 238 (7-8), 1677-1684 (2020).
  9. Derosiere, G., Vassiliadis, P., Duque, J. Advanced TMS approaches to probe corticospinal excitability during action preparation. NeuroImage. 213 (November 2019), 116746 (2020).
  10. Goldenkoff, E. R., Mashni, A., Michon, K. J., Lavis, H., Vesia, M. Measuring and manipulating functionally specific neural pathways in the human motor system with transcranial magnetic stimulation. Journal of Visualized Experiments JoVE. 156, 60706 (2020).
  11. Malderen, S. V., Hehl, M., Verstraelen, S., Swinnen, S. P., Cuypers, K. Dual-site TMS as a tool to probe effective interactions within the motor network: a review. Reviews in the Neurosciences. 34 (2), 129-221 (2023).
  12. Neige, C., et al. Connecting the dots: Harnessing dual-site transcranial magnetic stimulation to assess the causal influence of medial frontal areas on the motor cortex. Cerebral Cortex. , bhad370 (2023).
  13. Ferbert, A., Priori, A., Rothwell, J. C., Day, B. L., Colebatch, J. G., Marsden, C. D. Interhemispheric inhibition of the human motor cortex. The Journal of physiology. 453, 525-546 (1992).
  14. Rothwell, J. C. Using transcranial magnetic stimulation methods to probe connectivity between motor areas of the brain. Human Movement Science. 30 (5), 906-915 (2011).
  15. Carlson, H., Leitão, J., Delplanque, S., Cayeux, I., Sander, D., Vuilleumier, P. Sustained effects of pleasant and unpleasant smells on resting state brain activity. Cortex. 132, 386-403 (2020).
  16. Farruggia, M. C., Pellegrino, R., Scheinost, D. Functional connectivity of the chemosenses: A review. Frontiers in Systems Neuroscience. 16, 865929 (2022).
  17. Hasan, A., Galea, J. M., Casula, E. P., Falkai, P., Bestmann, S., Rothwell, J. C. Muscle and timing-specific functional connectivity between the dorsolateral prefrontal cortex and the primary motor cortex. Journal of Cognitive Neuroscience. 25 (4), 558-570 (2013).
  18. Brown, M. J. N., Goldenkoff, E. R., Chen, R., Gunraj, C., Vesia, M. Using dual-site transcranial magnetic stimulation to probe connectivity between the dorsolateral prefrontal cortex and ipsilateral primary motor cortex in humans. Brain Sciences. 9 (8), 177 (2019).
  19. Xia, X., et al. Connectivity from ipsilateral and contralateral dorsolateral prefrontal cortex to the active primary motor cortex during approaching-avoiding behavior. Cortex. 157, 155-166 (2022).
  20. Wang, Y., Cao, N., Lin, Y., Chen, R., Zhang, J. Hemispheric differences in functional interactions between the dorsal lateral prefrontal cortex and ipsilateral motor cortex. Frontiers in Human Neuroscience. 14, 1-6 (2020).
  21. Gabbott, P. L. A., Warner, T. A., Jays, P. R. L., Salway, P., Busby, S. J. Prefrontal cortex in the rat: Projections to subcortical autonomic, motor, and limbic centers. Journal of Comparative Neurology. 492 (2), 145-177 (2005).
  22. Yeterian, E. H., Pandya, D. N., Tomaiuolo, F., Petrides, M. The cortical connectivity of the prefrontal cortex in the monkey brain. Cortex. 48 (1), 58-81 (2012).
  23. Rossi, S., et al. Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert guidelines. Clinical Neurophysiology. 132 (1), 269-306 (2021).
  24. Joussain, P., et al. Application of the European Test of Olfactory Capabilities in patients with olfactory impairment. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 273 (2), 381-390 (2016).
  25. Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handedness: The Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9 (1), 97-113 (1971).
  26. Daligadu, J., Haavik, H., Yielder, P. C., Baarbe, J., Murphy, B. Alterations in cortical and cerebellar motor processing in subclinical neck pain patients following spinal manipulation. Journal of Manipulative and Physiological Therapeutics. 36 (8), 527-537 (2013).
  27. Andersen, K. W., Siebner, H. R. Mapping dexterity and handedness: recent insights and future challenges. Current Opinion in Behavioral Sciences. 20, 123-129 (2018).
  28. Fried, P. J., et al. Training in the practice of noninvasive brain stimulation: Recommendations from an IFCN committee. Clinical Neurophysiology. 132 (3), 819-837 (2021).
  29. Mills, K. R., Boniface, S. J., Schubert, M. Magnetic brain stimulation with a double coil: the importance of coil orientation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 85 (1), 17-21 (1992).
  30. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee. Clinical Neurophysiology. 126 (6), 1071-1107 (2015).
  31. Awiszus, F. TMS and threshold hunting. Supplements to Clinical Neurophysiology. 56, 13-23 (2003).
  32. Awiszus, F. Using relative frequency estimation of transcranial magnetic stimulation motor threshold does not allow to draw any conclusions about true threshold. Clinical Neurophysiology. 125 (6), 1285-1286 (2014).
  33. Ah Sen, C. B., Fassett, H. J., El-Sayes, J., Turco, C. V., Hameer, M. M., Nelson, A. J. Active and resting motor threshold are efficiently obtained with adaptive threshold hunting. PLoS One. 12 (10), 1-9 (2017).
  34. Neige, C., Rannaud Monany, D., Stinear, C. M., Byblow, W. D., Papaxanthis, C., Lebon, F. Unravelling the modulation of intracortical inhibition during motor imagery: An adaptive threshold-hunting study. Neuroscience. 434, 102-110 (2020).
  35. Burke, D., Pierrot-Deseilligny, E. Caveats when studying motor cortex excitability and the cortical control of movement using transcranial magnetic stimulation. Clinical Neurophysiology. 121 (2), 121-123 (2010).
  36. Mir-Moghtadaei, A., et al. Updated scalp heuristics for localizing the dorsolateral prefrontal cortex based on convergent evidence of lesion and brain stimulation studies in depression. Brain Stimulation. 15 (2), 291-295 (2022).
  37. Siddiqi, S. H., et al. Brain stimulation and brain lesions converge on common causal circuits in neuropsychiatric disease. Nature Human Behaviour. 5 (12), 1707-1716 (2021).
  38. Caulfield, K. A., Fleischmann, H. H., Cox, C. E., Wolf, J. P., George, M. S., McTeague, L. M. Neuronavigation maximizes accuracy and precision in TMS positioning: Evidence from 11,230 distance, angle, and electric field modeling measurements. Brain Stimulation. 15 (5), 1192-1205 (2022).
  39. Cao, N., et al. Plasticity changes in dorsolateral prefrontal cortex associated with procedural sequence learning are hemisphere-specific. NeuroImage. 259, 119406 (2022).
  40. Brown, M. J. N., et al. Somatosensory-motor cortex interactions measured using dual-site transcranial magnetic stimulation. Brain Stimulation. 12 (5), 1229-1243 (2019).
  41. Fiori, F., Chiappini, E., Candidi, M., Romei, V., Borgomaneri, S., Avenanti, A. Long-latency interhemispheric interactions between motor-related areas and the primary motor cortex: a dual site TMS study. Scientific reports. 7 (1), 14936 (2017).
  42. Fournel, A., Ferdenzi, C., Sezille, C., Rouby, C., Bensafi, M. Multidimensional representation of odors in the human olfactory cortex. Human Brain Mapping. 37 (6), 2161-2172 (2016).
  43. Midroit, M., et al. Neural processing of the reward value of pleasant odorants. Current Biology. 31 (8), 1592-1605.e9 (2021).
  44. Sezille, C., Messaoudi, B., Bertrand, A., Joussain, P., Thévenet, M., Bensafi, M. A portable experimental apparatus for human olfactory fMRI experiments. Journal of Neuroscience Methods. 218 (1), 29-38 (2013).
  45. Kato, M., et al. Spatiotemporal dynamics of odor representations in the human brain revealed by EEG decoding. Proceedings of the National Academy of Sciences. 119 (21), e2114966119 (2022).
  46. Jackson, N., Greenhouse, I. VETA: An open-source Matlab-based toolbox for the collection and analysis of electromyography combined with transcranial magnetic stimulation. Frontiers in Neuroscience. 13, 975 (2019).
  47. Cunningham, D., Zhang, B., Cahn, A. Transcranial magnetic stimulation (TMS) analysis toolbox: A user friendly open source software for basic and advanced analysis and data sharing of TMS related outcomes. Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation. 14 (6), 1641-1642 (2021).
  48. Julkunen, P., Säisänen, L., Hukkanen, T., Danner, N., Könönen, M. Does second-scale intertrial interval affect motor evoked potentials induced by single-pulse transcranial magnetic stimulation. Brain Stimulation. 5 (4), 526-532 (2012).
  49. Pellicciari, M. C., Miniussi, C., Ferrari, C., Koch, G., Bortoletto, M. Ongoing cumulative effects of single tms pulses on corticospinal excitability: An intra- and inter-block investigation. Clinical Neurophysiology. 127 (1), 621-628 (2016).
  50. Li, S., Rymer, W. Z. Voluntary breathing influences corticospinal excitability of nonrespiratory finger muscles. Journal of Neurophysiology. 105 (2), 512-521 (2011).
  51. Boesveldt, S., Frasnelli, J., Gordon, A. R., Lundström, J. N. The fish is bad: Negative food odors elicit faster and more accurate reactions than other odors. Biological Psychology. 84 (2), 313-317 (2010).
  52. Neige, C., Mavromatis, N., Gagné, M., Bouyer, L. J., Mercier, C. Effect of movement-related pain on behaviour and corticospinal excitability changes associated with arm movement preparation. Journal of Physiology. 596 (14), 2917-2929 (2018).
  53. Bergmann, T. O., Hartwigsen, G. Inferring causality from noninvasive brain stimulation in cognitive neuroscience. Journal of Cognitive Neuroscience. 33 (2), 195-225 (2021).
  54. Kulason, S., et al. A comparative neuroimaging perspective of olfaction and higher-order olfactory processing: on health and disease. Seminars in Cell & Developmental Biology. 129, 22-30 (2022).
  55. Athanassi, A., Dorado Doncel, R., Bath, K. G., Mandairon, N. Relationship between depression and olfactory sensory function: a review. Chemical Senses. 46, bjab044 (2021).
  56. Grimm, S., et al. Imbalance between left and right dorsolateral prefrontal cortex in major depression is linked to negative emotional judgment: An fmri study in severe major depressive disorder. Biological Psychiatry. 63 (4), 369-376 (2008).
  57. Naudin, M., El-Hage, W., Gomes, M., Gaillard, P., Belzung, C., Atanasova, B. State and trait olfactory markers of major depression. PLOS One. 7 (10), e46938 (2012).
  58. Guidali, G., Roncoroni, C., Bolognini, N. Modulating frontal networks' timing-dependent-like plasticity with paired associative stimulation protocols: Recent advances and future perspectives. Frontiers in Human Neuroscience. 15, 658723 (2021).
  59. Hernandez-Pavon, J. C., San Agustín, A., Wang, M. C., Veniero, D., Pons, J. L. Can we manipulate brain connectivity? A systematic review of cortico-cortical paired associative stimulation effects. Clinical Neurophysiology. 154, 169-193 (2023).
  60. Deng, Z. -D., Robins, P. L., Dannhauer, M., Haugen, L. M., Port, J. D., Croarkin, P. E. Optimizing TMS coil placement approaches for targeting the dorsolateral prefrontal cortex in depressed adolescents: An electric field modeling study. Biomedicines. 11 (8), 2320 (2023).
  61. Gomez, L. J., Dannhauer, M., Peterchev, A. V. Fast computational optimization of TMS coil placement for individualized electric field targeting. NeuroImage. 228, 117696 (2021).
  62. Derosiere, G., Duque, J. Tuning the corticospinal system: How distributed brain circuits shape human actions. The Neuroscientist. 26 (4), 359-379 (2020).
  63. Bestmann, S., Krakauer, J. W. The uses and interpretations of the motor-evoked potential for understanding behaviour. Experimental Brain Research. 233 (3), 679-689 (2015).
  64. Reis, J., et al. Contribution of transcranial magnetic stimulation to the understanding of cortical mechanisms involved in motor control. Journal of Physiology. 586 (2), 325-351 (2008).

Tags

Denne måneden i JoVE olfaction lukt hedonics primær motor cortex dorsolateral prefrontal cortex tilkobling hjernestimulering
Kombinere et pustesynkronisert olfactometer med hjernesimulering for å studere virkningen av lukt på kortikospinal eksitabilitet og effektiv tilkobling
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Neige, C., Imbert, L., Dumas, M.,… More

Neige, C., Imbert, L., Dumas, M., Athanassi, A., Thévenet, M., Mandairon, N., Brunelin, J. Combining a Breath-Synchronized Olfactometer with Brain Simulation to Study the Impact of Odors on Corticospinal Excitability and Effective Connectivity. J. Vis. Exp. (203), e65714, doi:10.3791/65714 (2024).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter