인간의 후각 기능을 연구하기위한 자유 호흡 fMRI 방법

Summary

우리는 인간의 중앙 후각 시스템에서 신뢰할 수있는 기능적 자기 공명 영상 (fMRI) 데이터를 얻기위한 기술적 난제와 해결책을 제시합니다. 여기에는 후각 fMRI 패러다임 디자인, MRI 호환 감각 계의 fMRI 데이터 수집, 악취 선택 및 데이터 후 처리를위한 특수 소프트웨어 도구에 대한 특수 고려 사항이 포함됩니다.

Abstract

인간의 고환에 대한 연구는 생물 의학 연구에서 임상 평가에 이르기까지 응용 분야가 매우 복잡하고 가치있는 분야입니다. 현재, 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)을 이용한 인간 중심 후각 기능의 평가는 몇 가지 기술적 어려움 때문에 여전히 어려운 과제이다. 적절한 냄새 물질 선택, 냄새 표현과 호흡 사이의 상호 작용, 냄새 물질에 대한 기대감이나 습관을 포함하여 fMRI를 사용하여 중앙 후각 기관 기능을 매핑하는 효과적인 방법을 고려할 때 고려해야 할 몇 가지 중요한 변수가 있습니다. 이벤트 관련 호흡 유발 후각 fMRI 기술은 냄새 물질을 정확하게 관리하여 잠재적 인 간섭을 최소화하면서 후각 시스템을 자극 할 수 있습니다. 우리의 데이터 후 처리 방법을 사용하여 주요 후각 피질에서 fMRI 신호의 정확한 온셋을 효과적으로 포착 할 수 있습니다. 기술 사전여기에 보냄으로써 신뢰할 수있는 후각 fMRI 결과를 생성하는 효율적이고 실질적인 방법을 제공합니다. 그러한 기술은 알츠하이머 및 파킨슨 병을 비롯한 후각 퇴행과 관련된 질병의 진단 도구로서 임상 영역에서 궁극적으로 적용될 수 있습니다. 우리는 인간의 후각 기관의 복잡성을 더 깊이 이해하기 시작합니다.

Introduction

인간의 후각 시스템은 감각 시스템보다 훨씬 더 많은 것으로 이해된다. 왜냐하면 올레핀 작용은 또한 항상성 조절 및 감정에 중요한 역할을하기 때문이다. 임상 적으로, 인간의 후각 시스템은 알츠하이머 병, 파킨슨 병, 외상 후 스트레스 장애, 우울증 ^{1, 2, 3, 4, 5} 등 많은 유행 신경 질환 및 정신 질환의 공격에 취약한 것으로 알려져있다. 현재, 혈액 - 산소 - 레벨 - 의존성 (BOLD) 콘트라스트를 갖는 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)은 인간 두뇌의 맵핑 기능을위한 가장 가치있는 기술이다. 중추 신경 구조 ( 예 : piriform cortex, orbitofrontal cortex, 편도선 및 섬피 피질)의 특정 기능에 대한 상당한 지식이이 기술로 획득되었습니다^{6 , 7 , 8 ,}

Protocol

다음 실험 프로토콜은 펜실베이니아 주립 대학 의과 대학의 기관 검토위원회 (Institutional Review Board)의 지침을 따랐으며, 인간 피험자는 연구에 참여하기 전에 서면 동의를 얻었다.

참고 : 데모 목적으로 시판되는 MRI 호환 감각 계를 사용하여 간단한 악취 자극 패러다임을 제시합니다. 이 패러다임은 요법의 효과를 감소시키는 데 효과적이며 신뢰할 수있는 후각 fMRI 데이터를 제공합니다 ¹⁵ . 이 프로토콜에서 설명 된 특정 단계는 사용 된 감각계의 유형에 따라 다를 수 있습니다. 그러나 유사한 기능을 갖춘 가정용 또는 상업용으로 사용할 수있는 모든 유형의 장비를 유사한 방식으로 사용할 수 있습니다. 감각계는 호흡을 모니터링 할 수 있어야하고 정확한 타이밍으로 냄새를 유발할 수 있어야합니다. 전체 냄새 전달 시스템 (( 예 : 유리 및 폴리 테트라 플루오로 에틸렌)에 불활성 인 물질로 만들어졌으며, 악취 경로는 최소한의 사 공간으로 부드럽고 기밀합니다.

1. 패러다임 디자인

1. 프로그래머블 감각계에서 공기 흐름 밸브 시퀀스를 지정하여 새로운 패러다임을 만듭니다.
   참고 : 밸브 시퀀스....

Results

그림 1 은 MR- 호환성을 고려하여 자석 실 내외부의 후각 fMRI 설정을 보여줍니다. 그림 2a 는 표준 고정 타이밍 패러다임을 보여 주며, 그림 2b 는 "호흡 트리거"가 냄새 전달 및 흡입을 동기화 할 수있는 패러다임을 보여줍니다.

명확한 흡입 피크가있는 일반적인 호흡 패턴은 정확한 호흡 유발 패러다임의 구현에 중요합니다. 따라서, 호흡 센서의 조정은 실험 설정에서 중요한 단계입니다. 그림 3 은 호흡 센서가 잘못 설정된 경우 ( 그림 3a ) 올바르게 (

Discussion

실험 절차는 신중하게 고려하여 신뢰할만한 후각 활성화 데이터를 수집하기 위해 적절하게 실행되어야합니다. 프로토콜 내에서 중요한 단계는 냄새 전달을 이미지 수집과 동기화하고, 냄새 물질을 적절하게 농축하여 정신 물리학 적 반응을 조절하고, 안정적인 안정된 호흡 신호 및 일정한 공기 흐름을 갖춘 은폐계를 설정하고 호흡을 후 처리하는 호흡 유발 패러다임을 구현하는 것을 포함합니다 악취 개시 벡터를 후 향적으로 조정하기 위해 ONSET을 사용하는 악취 관리 타이밍 데이터. 패러다임을 설계하고 데이터를 분석 할 때는 요법, 정신 물리학 적 반응 및 호흡 패턴과 같은 혼란스러운 변수를 고려해야합니다. 피험자가 장기간의 냄새에 노출 될 때, 일차 후각 피질의 활성화는 노출 후 몇 초 이내에 감소하기 때문에 일련의 간략한 투여로 사건 관련 패러다임을 이용할 필요가있다냄새 제거제. 스니핑은 악취가 없어도 piriform cortex에서 활성화를 유도 할 수 있으므로주의 깊게 관찰해야합니다 ⁸ . 가장.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3T MR 스캐너	Siemens		모든 MR 스캐너를 사용할 수 있습니다.
Olfactometer	Emerging Tech Trans, LLC		유사한 기능을 가진 모든 후각계를 사용할 수 있습니다.
6채널 취취 캐리어	Emerging Tech Trans, LLC
노즈피스/애플리케이터	Emerging Tech Trans, LLC
PTFE 튜빙	Emerging Tech Trans, LLC
TTL 컨버터 박스	Emerging Tech Trans, LLC
호흡기 센서 벨트	Emerging Tech Trans, LLC
라벤더 오일	Givaudan Flavors Corporation
1,2 프로판디올	시그마	P6209
발병			www.pennstatehershey.org/web/nmrlab/resources/software/onset
SPM8	Wellcome Trust Center for Neuroimaging, 유니버시티 칼리지 런던, 런던, 영국