Une méthode FMRI à respiration libre pour étudier la fonction olfactive humaine

L’objectif général de cette vidéo est de présenter et d’expliquer une méthode efficace et facilement adaptable d’IRMf afin d’explorer efficacement la cartographie du système olfactif humain sans interférence de la respiration naturelle. L’un des obstacles à l’utilisation de l’IRMf olfactive pour étudier l’activation cérébrale en réponse aux odeurs et à la stimulation est l’incohérence de la stimulation répétitive des odeurs, qui est causée par l’asynchronie de la respiration et de la diffusion des odeurs. Comme illustré ici, lorsque la présentation des odeurs dans un paradigme de stimulation des odeurs à temps fixe n’est pas synchronisée avec la respiration, la stimulation répétitive des odeurs peut se produire à différentes phases de la respiration.

Une solution à ce problème est de mettre en place un paradigme d’IRMf olfactive déclenché par la respiration. Une collecte efficace de données olfactives par IRMf est réalisée en concevant d’abord un paradigme de stimulation olfactive déclenché par la respiration liée à un événement sur l’olfactomètre, c’est-à-dire résister à l’accoutumance et aux schémas d’inhalation incohérents. La deuxième étape consiste à préparer des odorisants pour la stimulation olfactive, en prenant soin d’utiliser des odorants qui minimisent les effets de stimulation et d’accoutumance du trijumeau.

La troisième étape consiste à mettre en place et à exécuter l’expérience dans l’environnement de l’IRM en assemblant l’olfactomètre avec la capacité d’exécuter un paradigme déclenché par la respiration. La dernière étape consiste à traiter les données à l’aide du programme ONSET pour définir le début réel et les vecteurs de durée des stimuli. En fin de compte, cette technique a le potentiel de faciliter une exploration et des connexions plus sensibles du système olfactif humain.

Ici, nous allons montrer comment mettre en place une expérience d’IRMf olfactive déclenchée par la respiration à l’aide d’un olfactomètre ETT. Pour créer un paradigme, attribuez les canaux odorants à des odorants spécifiques. Il y a six canaux odorants disponibles dans ce système d’olfactomètre.

Entrez et modifiez la séquence et le timing de l’ouverture et de la fermeture de ces canaux. Appuyez sur le bouton Paradigm Setting sur l’écran tactile. Pour saisir ou modifier la séquence d’ouverture et de fermeture des canaux odorisants, appuyez sur le bouton Modifier de la séquence de soupapes.

Lorsque vous avez terminé, appuyez à nouveau sur le bouton Modifier pour quitter le mode d’édition. Pour saisir ou modifier les paramètres de synchronisation pour l’ouverture et la fermeture des canaux odorants, appuyez sur le bouton Régler pour la séquence temporelle. Lorsque vous avez terminé, appuyez à nouveau sur le bouton Set pour quitter le mode d’édition.

Après avoir terminé le réglage du paradigme, appuyez sur le bouton Retour pour revenir à la fenêtre principale. Cette vidéo démontre un paradigme de stimulation simple du même odorant à la même concentration. Chaque présentation odorante est entrelacée avec la présentation de l’air frais.

Dans ce paradigme, la même odeur est présentée 12 fois. À chaque fois, la présentation de l’odorant dure six secondes avec un temps variable entre les présentations d’odeurs. Réglez les durées d’ouverture et de fermeture de la vanne en conséquence.

Dans cette démonstration, une concentration d’huile de lavande est préparée. Nous utilisons l’huile de lavande en raison de sa stimulation trijumeau minimale et de l’activation de certaines zones du cerveau. Les concentrations d’odorant peuvent varier en fonction de l’odorant sélectionné.

Choisissez les concentrations en fonction du seuil de perception idéal de l’odeur. En variant la concentration, nous réduisons la probabilité d’accoutumance à un odorant. Pour préparer les concentrations, mélangez l’huile de lavande avec du propylène glycol.

Le propylène glycol est un solvant couramment utilisé pour les odorisants et est stable et presque inodore. Après avoir mélangé toutes les solutions comme indiqué dans la conception du paradigme, versez la même quantité d’odorants dans chaque bouteille de récipient. Ensuite, fixez les bouteilles au support d’odorisant dans le bon ordre.

Pour installer l’olfactomètre dans l’IRM, placez le support d’odorisant dans la salle magnétique à côté de l’appareil. Faites passer les tubes dans le guide d’ondes pour se connecter au porteur, en veillant à ce que l’ordre des tubes corresponde à l’ordre de connexion à l’olfactomètre. Pour plus de facilité, nous attribuons un code couleur à nos tubes pour qu’ils correspondent aux canaux odorants.

Allumez la machine. Ajustez le débit d’air principal, si nécessaire, ainsi que les débits individuels pour le support et la chasse d’eau. Ensuite, connectez la ceinture respiratoire à l’olfactomètre et faites passer la ceinture dans le guide d’ondes.

La ceinture enregistrera l’activité respiratoire du sujet, ainsi que l’utilisation du déclencheur de respiration. Amenez le sujet dans la salle magnétique et placez le masque facial sur le sujet. Lorsque le sujet est allongé, placez la ceinture respiratoire autour de sa poitrine ou de son abdomen où il y a un événement de respiration clair.

Vérifiez le schéma respiratoire sur l’écran de l’olfactomètre. Si les vagues plafonnent, la ceinture est trop serrée et le déclencheur de respiration ne fonctionnera pas correctement. Ajustez la ceinture jusqu’à ce qu’un tracé respiratoire complet puisse être vu, car des signaux de pic respiratoire clairs sont essentiels pour une exécution réussie d’un paradigme déclenché par la respiration.

Créez un dossier de données sur l’olfactomètre pour stocker les données de respiration. La synchronisation de la présentation de l’odeur avec la respiration doit être testée pour sa précision en utilisant le Paradigm Check et en ajustant le temps de délai de déclenchement, si nécessaire. Appuyez sur le bouton Paradigm Check de l’écran tactile et surveillez si l’émission d’odeurs se produit pendant la phase d’inhalation du cycle respiratoire.

La période de diffusion de l’odeur est mise en évidence en rose sur la trace de respiration. Si la diffusion d’odeurs commence pendant la phase d’expiration, pour revenir au réglage Paradigm, ajustez le délai de déclenchement dans la séquence de temps, puis refaites la vérification du paradigme. Réglez le paradigme sur le mode Trigger In afin que l’exécution du paradigme de stimulation des odeurs soit déclenchée par l’IRM.

Sélectionnez ensuite la fonction Breath Trigger Start. Le paradigme est maintenant prêt à être exécuté. Une fois le paradigme de stimulation olfactive terminé, vérifiez les données respiratoires enregistrées dans l’olfactomètre.

Ce fichier comprend le tracé de la respiration et l’horodatage de chaque image IRM fonctionnelle, le déclencheur de la respiration, l’ouverture et la fermeture de chaque canal olfactif, et la réponse du sujet, à l’aide d’un appareil de réponse. Il peut être traité à l’aide du programme ONSET pour acquérir les vecteurs d’apparition et les durées de stimulation réels pour le traitement des données IRMf. ONSET peut être exécuté dans la machine virtuelle IDL.

Pour obtenir les vecteurs d’apparition et les durées de la stimulation olfactive, cliquez sur Validation de la respiration. Chargez le fichier de données respiratoires enregistré à partir de l’olfactomètre et définissez les paramètres de post-traitement pour le traitement ONSET. Exécutez ONSET.

Les vecteurs de déclenchement réels de la stimulation, le début de chaque inhalation pendant la diffusion de l’odeur, seront automatiquement détectés en fonction du moment de la présentation de l’odeur et de la trace de la respiration. Les résultats, y compris les vecteurs d’apparition et de durée, peuvent être utilisés dans le traitement des données IRMf. Traitez les données IRMf en suivant les procédures standard.

Voici un exemple de traitement de données à l’aide de SPM8. Utilisez soit les numéros d’image, soit les vecteurs d’apparition et les durées en secondes à partir de la sortie d’initiation, en fonction de l’unité de temps choisie pour la conception du paradigme SPM. Générez une carte paramétrique statistique au niveau individuel en ajustant le paradigme de stimulation à l’aide des vecteurs d’apparition et de durée réels aux données fonctionnelles avec la fonction de réponse hémodynamique canonique.

Voici un exemple de l’activation du cortex olfactif primaire répondant à la stimulation olfactive. Contrairement au paradigme de stimulation olfactive déclenché par la respiration, par exemple, un paradigme de synchronisation fixe que nous pouvons voir ici chez le même sujet, la diffusion d’odeurs n’est pas déclenchée par l’activité respiratoire. Comme il n’y a pas de contrôle de la respiration du sujet, il existe une variabilité significative dans la quantité d’odorant inhalée.

En suivant la procédure standard de traitement de ces données d’IRMf avec le même seuil statistique que celui utilisé pour les données d’IRMf précédentes déclenchées par la respiration, aucune activation significative n’a été détectée dans le cortex olfactif primaire. Cependant, lorsqu’un déclencheur de respiration est mis en œuvre, la présentation de l’odorant est toujours synchronisée avec l’inhalation, ce qui améliore la cohérence et la précision de la stimulation des odeurs. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la pratique actuelle de l’IRMf olfactive en utilisant un paradigme déclenché par la respiration liée à un événement.

Une fois que la technique démontrée dans cette vidéo a été maîtrisée, d’autres méthodes de conception et d’analyse du paradigme de stimulation olfactive peuvent être appliquées pour cartographier les fonctions du système olfactif central humain et pour explorer davantage les déficits olfactifs dans les maladies neurodégénératives.