本文介绍了使用与呼吸同步的嗅觉仪，在与人类鼻呼吸同步的气味呈现期间，触发单线圈和双线圈经颅磁刺激（TMS）的方法。该组合技术使我们能够客观地研究愉快和不愉快气味对个体皮质脊髓兴奋性及脑区间有效连接的影响。
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本文内容
摘要
摘要
普遍认为，嗅觉刺激会引发动物和人类的运动行为，例如趋向令人愉悦的气味物质并回避令人不悦的气味。近年来，利用脑电图和经颅磁刺激（TMS）的研究已证实，人类嗅觉系统的信息处理与运动皮层活动之间存在密切关联。为了更深入地理解嗅觉系统与运动系统之间的相互作用，并克服以往方法学上的一些局限，我们开发了一种新方法，该方法结合了嗅觉刺激仪，可随机呈现不同享乐度值的气味物质，并与经颅磁刺激（单线圈和双线圈）同步触发，且与鼻腔呼吸时相精确同步。该方法可用于探测在感知愉悦与不愉悦气味过程中，皮质脊髓兴奋性以及背外侧前额叶皮层与初级运动皮层之间同侧有效连接性的潜在调制情况。应用此方法可客观地区分特定受试者对某种气味物质的愉悦度评价，揭示该气味物质对大脑有效连接性和兴奋性的生物学影响。此外，该方法还可能为存在嗅觉感知或运动调控异常的神经科或神经精神疾病患者的临床研究提供新的途径 气味愉悦度改变及适应不良的趋近-回避行为
引言
普遍认为，嗅觉刺激会引发自动反应和运动行为。例如，在人类中，最近已证明在负面气味出现后500毫秒内即会产生回避性运动反应（远离气味源的倾斜动作）。1通过记录自由活动的人类受试者探索从烧瓶中散发出的气味时的行为，Chalençon 等（2022）发现，运动行为（即接近气味源的速度以及将含有气味物质的烧瓶从鼻前移开的动作）与气味的享乐度密切相关。2此外，最近通过脑电图研究在人类中证实了嗅觉系统的信息处理与运动皮层活动之间存在密切关联。1具体而言，在负面气味出现后约350毫秒，初级运动皮层（M1）区域出现了特定的μ节律去同步化，该现象被认为反映了动作准备过程，随后迅速伴随有行为上的后退动作。1进一步支持嗅觉系统与运动系统之间存在关联的观点，另一项近期研究表明，与无气味条件相比，接触令人愉悦的气味可增加皮质脊髓兴奋性。3在本研究中，单脉冲经颅磁刺激（spTMS）被施加于M1区，以在气味感知期间诱发目标手部肌肉的运动诱发电位（MEP），并通过外周肌电图（EMG）记录。受试者被动暴露于令人愉悦的气味刺激。 用浸透纯佛手柑精油的纸条置于金属支架上，放在鼻下3在此背景下，尚不明确皮质脊髓兴奋性的增强是源于令人愉悦的气味刺激，还是源于嗅闻、咬牙等非特异性的....
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方案
以下各节所述的所有实验程序均已获得伦理委员会（CPP Ile de France VII，法国巴黎，方案编号 2022-A01967-36）批准，符合《赫尔辛基宣言》的规定。所有受试者在参与研究前均签署了书面知情同意书。
1. 受试者招募
- 纳入/排除标准。
- 纳入成年（> 18 岁）受试者。根据国际专家指南23，对所有受试者筛查经颅磁刺激（TMS）的任何禁忌证。
- 排除体内植入医疗设备（如人工耳蜗、心脏起搏器等）、有个人或家族癫痫史、头痛、脑外伤史或正在使用神经活性药物的受试者。根据欧洲嗅觉功能测试24判定为“失嗅”的受试者亦应排除。
- 利手性：采用爱丁堡利手问卷25评估受试者是否为右利手。
注意：在评估运动系统皮质脊髓兴奋性与有效连接性的研究中，强烈建议仅招募右利手受试者26,27。 - 信息告知与知情同意：向所有受试者提供伦理委员会批准的研究目的、流程及潜在风险等基本信息，并要求其签署书面知情同意书。
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结果
此处展示的代表性数据反映了参与者完成上述逐步操作流程后的记录结果，旨在为我们可能预期的结果提供初步见解。
图2 展示了使用嗅觉测定软件记录的代表性受试者呼吸信号示例。当达到设定阈值时，呼气和吸气阶段均被准确检测。气味刺激在呼气相阈值过后立即触发，并持续扩散5秒。经颅磁刺激（TMS）脉冲在吸气相阈值过后延迟600毫秒触发。
该结果表明，本文开发的方法能够根据人类鼻腔呼吸周期精确同步气味扩散与经颅磁刺激（TMS）的时间。
图2代表性受试者呼吸记录的原始数据示例。 当跨越阈值（以红线表示.......
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讨论
上述方案描述了一种新颖的方法，结合使用呼吸同步 嗅觉仪与单线圈和双线圈经颅磁刺激（TMS），以研究根据气味剂的享乐价值所引起的皮质脊髓兴奋性及有效连接性的变化。该实验设置可客观区分特定受试者对某种气味剂的愉悦程度，从而反映该气味剂对大脑有效连接性和反应性的生物学影响。本方案中的关键步骤包括经颅磁刺激参数（线圈定位、刺激强度）和嗅觉仪参数（气味剂选择、与呼吸时相的相对时间控制）。
这种将spTMS和dsTMS与嗅觉仪结合的方法可根据用户需求进行多种调整，具有明显的方法学优势。如引言中所述，有两个方法学方面的因素对于深入探究嗅觉系统与运动系统之间相互作用的机制基础至关重要。第一点是在同一实验阶段内呈现不同气味条件（愉悦/不愉悦/无气味）的可能性。现在这一目标已可实现，因为 可以在每一次试验中指定向受试者输送何种气味物质，并保持气味强度恒定。这一点至关重要，因为它使我们能够消除以往研究中观察到的在刺激区块内及区块间运动诱发电位（MEP）振幅存在的系统性个体内变化，即使在相对较长的刺激间间隔下也是如此48,
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披露
JB 是法国生物精神病学与神经精神药理学协会（AFPBN）脑刺激分会（STEP）以及欧洲脑刺激学会（ESBS）的董事会成员，并报告获得了来自加拿大卫生研究院（CIHR）、法国国家研究署（ANR）和法国医院临床研究计划（PHRC）的脑刺激领域学术研究资助。其他作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作由法国基金会资助，项目编号 N°：00123049/WB-2021-35902（J.B. 和 N.M. 获得的资助）。作者感谢Fondation Pierre Deniker的支持（C.N. 获得的资助）以及Neuro-Immersion平台工作人员在实验装置设计过程中提供的宝贵帮助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 采集板（8通道） | National Instrument | NI USB-6009 | |
| 空气压缩机 | Jun-Air | Model6-15 | |
| 酒精消毒片 | 任意品牌 | ||
| 丁酸 | Sigma-Aldrich | B103500 | 阴性气味刺激物 |
| 台式计算机 | Dell | Latitude 3520 | |
| 肌电图系统 | Biopac System | MP150 | |
| 乙酸异戊酯 | Sigma-Aldrich | W205508 | 阳性气味刺激物 |
| 鼻导管 | SEBAC France | O1320 | |
| 可编程脉冲发生器 | A.M.P.I | Master-8 | |
| 表面电极 | Kendall Medi-trace | FS327 | |
| 经颅磁刺激线圈（X2） | MagStim | D40 Alpha B.I. coil | |
| 经颅磁刺激仪 | MagStim | Bistim2 | |
| 6 mm × 20 m 管道 | Radiospare | 686-2671 | 气动连接 |
| USB-RS232 转换器 | Radiospare | 687-7806 | |
| U型管 | VS technologies | VS110115 |
参考文献
- 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).
- Chalençon, L., Thevenet, M., Noury, N., Bensafi, M., Mandairon, N.
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重印与许可
