Name: Metoda fMRI do swobodnego oddychania do badania funkcji węchowych człowieka (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-07-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 42 s
Description: Poznaj metodę fMRI z wyzwalaniem oddechowym do badania układu węchowego człowieka. Technika synchronizuje podawanie zapachu z fazą wdechu, eliminując problemy z asynchronicznym oddychaniem i poprawiając jakość danych neuroobrazowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Autorzy nie mają żadnych podziękowań.

Poniższy protokół eksperymentalny był zgodny z wytycznymi Institutional Review Board of the Pennsylvania State University College of Medicine, a człowiek wyraził pisemną świadomą zgodę przed udziałem w badaniu.
Uwaga: Dla celów demonstracji, przedstawiono prosty paradygmat stymulacji zapachu za pomocą dostępnego na rynku, kompatybilnego z MRI olfaktometru. Ten paradygmat okazał się skuteczny w zmniejszaniu efektu habituacji i dostarczył wiarygodnych danych węchowych fMRI15. Niektóre kroki opisane w tym protokole mogą być specyficzne dla typu używanego olfaktometru. Jednak każdy rodzaj sprzętu – domowego lub dostępnego na rynku o podobnych możliwościach – może być używany w analogiczny sposób. Olfaktometr musi być w stanie monitorować oddychanie, a także prezentować sekwencję substancji zapachowych z precyzyjnym czasem. Upewnij się, że cały system dostarczania zapachów (w tym olfaktometr) jest zbudowany z materiałów obojętnych na chemikalia zapachowe (np. szkło i politetrafluoroetylen), a ścieżka zapachowa jest gładka i szczelna z minimalną martwą przestrzenią.
1. Projektowanie paradygmatu
<ol>
	<li>Utwórz nowy paradygmat, określając sekwencję zaworów przepływu powietrza na programowalnym olfaktometrze. 
	UWAGA: Kolejność zaworów to kolejność i czas otwierania i zamykania określonych kanałów powietrznych, które zawierają różne stężenia lub rodzaje substancji zapachowych. W tej demonstracji każdy z zaworów dla sześciu kanałów został otwarty dwukrotnie, co dało łącznie dwanaście dostaw zapachów. Za każdym razem, gdy jeden zawór był otwarty, wszystkie inne zawory były zamykane, a każdy zawór był otwierany ponownie dopiero po tym, jak wszystkie inne zawory już raz się otworzyły.
	<ol>
		<li>Przypisz czas trwania bodźca (otwarcia określonego kanału), a także czas trwania kanału, który ma zostać zamknięty. 
		UWAGA: W tej demonstracji czas prezentacji zapachu wynosił 6 s, podczas gdy czas trwania kanałów do zamknięcia wahał się od 22 s do 38 s.</li>
		<li>Ustaw liczbę powtórzeń dla sekwencji otwierania i zamykania zaworu. Tutaj liczba powtórzeń wynosi 1.</li>
		<li>Przeplataj każdą prezentację nawaniacza prezentacją bezwonnego powietrza o tym samym natężeniu przepływu. Na przykład, dostarczyć przepływ powietrza do obiektu z zapachem lub bez niego z natężeniem przepływu 6 l/min przy 50% wilgotności względnej i temperaturze pokojowej w temperaturze 22 °C. 
		UWAGA: Jest to ważne, ponieważ zmiany w przepływie powietrza mogą powodować wrażenia dotykowe.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przygotowanie środka zapachowego
<ol>
	<li>Wybierz odpowiedni środek zapachowy dla paradygmatu stymulacji zapachu, biorąc pod uwagę wartościowość zapachu, przyjemność, intensywność, znajomość i składnik trójdzielny (patrz Tabela 1). 
	Uwaga: W tabeli 1 wymieniono niektóre powszechnie stosowane substancje zapachowe. Zapach lawendy został wybrany do tej demonstracji, ponieważ ma minimalną stymulację nerwu trójdzielnego w niskich lub umiarkowanych stężeniach i jest ogólnie postrzegany jako przyjemny i znajomy.</li>
	<li>Należy wybrać odpowiedni rozpuszczalnik (np. woda, olej mineralny, 1,2-propanodiol, etanol) do przygotowania roztworów nawania. 
	UWAGA: W tym przypadku 1,2-propanodiol został użyty jako rozpuszczalnik do przygotowania roztworu nawaniacza.</li>
	<li>Dobierz odpowiednie stężenie odorantu do paradygmatu stymulacji zapachu. Na przykład rozcieńczyć olejek lawendowy w 1,2-propanodiolu w stężeniu 0,10% (objętość/objętość) dla stymulacji węchowej<klasa sup="xref">19, 
	UWAGA: Można to zrobić poprzez psychofizyczną ocenę serii różnych stężeń przez grupę zdrowych osób.</li>
	<li>Umieść odpowiednie roztwory nawaniaczy w pojemnikach na nawaniacz. Upewnij się, że wszystkie pojemniki mają taką samą ilość miejsca, tę samą ilość roztworu i tę samą powierzchnię roztworu. Na przykład użyj sześciu szklanych butelek o pojemności 300 ml jako pojemników na nawaniacz, z których każda zawiera 50 ml 0,10% roztworu olejku lawendowego.</li>
	<li>Podłącz wszystkie pojemniki na nawaniacz do odpowiednich kanałów w celu dostarczania zapachu.</li>
</ol>
3. Konfiguracja olfaktometru
<ol>
	<li>Sprawdź połączenia, aby upewnić się, że wszystkie pojemniki na nawaniacz są prawidłowo przymocowane do nośnika nawaniacza. Nie dokręcaj zbyt mocno, ponieważ może to spowodować uszkodzenie uszczelki. Odpowiednią szczelność zapewnia się w późniejszym kroku, sprawdzając przepływ powietrza przez każdy pojemnik na nawaniacz</li>.
	<li>Umieść nośnik nawaniacza w pomieszczeniu magnetycznym i podłącz każdą rurkę do olfaktometru na zewnątrz pomieszczenia, ponieważ jednostka główna nie jest kompatybilna z MR. Sprawdź wzrokowo, czy w rurce nie ma załamań, ponieważ wpłynie to na przepływ powietrza. Przepływ powietrza w każdym kanale zostanie sprawdzony w późniejszym kroku.</li>
	<li>Bezpiecznie podłącz wszystkie rurki z olfaktometru do nośnika nawaniacza, dopasowując numery do odpowiednich portów. Aby uzyskać dokładność, oznacz rurki kolorami, tak aby różowy dla kanału 1, niebieski dla kanału 2 itp.</li>
	<li>Upewnij się, że przepływ powietrza przez wszystkie kanały jest stały, podłączając przepływomierz do końcówki wyjściowej rurki. Ręcznie otwórz każdy kanał na panelu sterowania olfaktometru, wyreguluj całkowity przepływ powietrza, a także natężenie przepływu każdego kanału i linii spłukiwania, aż natężenie przepływu każdego kanału będzie stałe.</li>
	<li>Podłącz maskę na twarz lub końcówkę do nosa do nośnika nawaniacza za pomocą rurki z politetrafluoroetylenu (PTFE). Upewnij się, że przepływ powietrza (np. 6 l/min) dostarczany do obiektu jest stały po przełączeniu kanałów.</li>
	<li>Podłącz wyzwalacz częstotliwości radiowej z systemu MRI do portu "trigger in" na olfaktometrze, aby zsynchronizować paradygmat stymulacji zapachu i akwizycję obrazu fMRI. Może być potrzebny konwerter sygnału optyczno-elektrycznego.</li>
	<li>Dostosuj całkowity przepływ powietrza i natężenia przepływu dla każdego kanału i linii spłukującej do zaprojektowanych ilości. Na przykład całkowity przepływ powietrza wynosi 6 l/min, a natężenie przepływu dla każdego kanału i przewodu spłukującego wynosi 3 l/min.</li>
	<li>Podłączyć pas pneumatycznego czujnika oddechu do portu odpowiedzi olfaktometru za pomocą skrzynki konwertera sygnału pneumatyczno-elektrycznego.</li>
	<li>Jeśli potrzebna jest subiektywna odpowiedź, podłącz pneumatyczną podkładkę odpowiedzi do portu odpowiedzi olfaktometru za pośrednictwem skrzynki konwertera sygnału pneumatyczno-elektrycznego.</li>
</ol>
4. Procedura eksperymentalna
<ol>
	<li>Przeprowadź wstępne badanie przesiewowe, aby upewnić się, że procedura MRI jest bezpieczna dla pacjenta.
	<ol>
		<li>Zapytaj pacjenta o historię medyczną, w tym potencjalne implanty, klaustrofobię lub inne istniejące wcześniej stany, które mogą zakłócać zdolność pacjenta do bezpiecznego udziału w badaniu fMRI. Dodatkowo wykonaj test progu zapachowego substancji zapachowych, aby upewnić się, że osoba badana może wyczuć zapach substancji zapachowych podczas eksperymentu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Niech pacjent położy się na wznak na łóżku do badania rezonansem magnetycznym. Umieść maskę na twarz lub końcówkę do nosa prawidłowo na obiekcie, aby zapewnić dopływ powietrza do nozdrzy. Umieść czujnik oddechowy na klatce piersiowej lub brzuchu. Poproś osobę, aby oddychała normalnie. Ręcznie wyreguluj napięcie i ułożenie paska przytrzymującego czujnik oddechowy zgodnie ze wzorcem oddychania widocznym na wyświetlaczu olfaktometru.</li>
	<li>Utwórz folder danych, aby zapisać dane dotyczące układu oddechowego w olfaktometrze. Kliknij "menedżer plików", wprowadź identyfikator tematu przypisany do bieżącego tematu, a następnie "potwierdź" wprowadzenie.</li>
	<li>Użyj opcji "kontroli paradygmatu", aby przetestować synchronizację dostarczania zapachu i wdychania bez angażowania dostarczania bodźca, a jeśli to konieczne, ręcznie dostosuj czas "opóźnienia zaworu", aby upewnić się, że początek dostarczania zapachu jest zsynchronizowany z fazą wdechu pacjenta.</li>
	<li>Ustaw synchronizację między stymulacją zapachu a akwizycją obrazu fMRI, wybierając tryb "trigg-in" na jednostce sterującej olfaktometru. 
	Uwaga: Pozwala to na rozpoczęcie paradygmatu stymulacji zapachu za pomocą zewnętrznego wyzwalacza przez port "trigger in" pochodzący z systemu MRI. W związku z tym paradygmat nie będzie działał, dopóki nie zostanie odebrany zewnętrzny wyzwalacz ze skanera. Proszę zwrócić uwagę, jaki rodzaj impulsu wyzwalającego (elektrycznego lub świetlnego) wysyła skaner MRI. Do połączenia tych dwóch systemów może być potrzebny konwerter sygnału.</li>
	<li>Aktywuj spust oddechowy, wybierając "start spustu resp" na jednostce sterującej olfaktometru. 
	Uwaga: Po aktywacji początek każdego elementu sekwencji paradygmatu jest zsynchronizowany z inhalacją. Można to osiągnąć empirycznie, opóźniając dostarczanie zapachu o około połowę cyklu oddychania od początku fazy wydechu.</li>
	<li>Rozpocznij akwizycję obrazu fMRI na konsoli MRI; paradygmat stymulacji zapachu rozpocznie się, gdy tylko rozpocznie się akwizycja obrazu. Monitoruj wzorzec oddychania pod kątem nieregularnej aktywności oddechowej. 
	Uwaga: Nieregularna aktywność oddechowa może mieć postać płaskowyżów, szerszych i dłuższych cykli lub nieregularnych fal. W tym przypadku do akwizycji obrazu fMRI wykorzystano czułą na sygnał sekwencję obrazowania echoplanarnego T2*ważoną metodą bold, z czasem powtarzania 2 000 ms, czasem echa 30 ms, kątem obrotu 90°, polem widzenia 220 mm × 220 mm, matrycą akwizycji 80 × 80, 30 warstwami osiowymi o grubości 4 mm i współczynnikiem przyspieszenia 2 dla zintegrowanych technik obrazowania równoległego. </li>
	<li>Po zakończeniu protokołu obrazowania wyjmij osobę z magnesu i zdejmij maskę na twarz/nos.</li>
</ol>
5. Czyszczenie olfaktometru
<ol>
	<li>Wyłącz pompę powietrza. Odłącz pojemniki na nawaniacz od nośnika nawaniacza i zastąp je czystymi, pustymi.</li>
	<li>Włącz pompę powietrza. Przepłucz każdy kanał bezwonnym powietrzem przez 5 minut, aby usunąć resztki substancji zapachowych z przewodu powietrznego.</li>
	<li>Wyłącz olfaktometr.</li>
	<li>Zdezynfekuj nos lub maskę na twarz chusteczkami nasączonymi alkoholem. Opłucz maskę na twarz lub nos ciepłą wodą, a następnie wysusz na powietrzu.</li>
</ol>
6. Analiza danych
<ol>
	<li>Aby przetworzyć dane, załaduj plik danych oddechowych do oprogramowania typu open source Olfactory Network Stimulation Editing Tool (ONSET) (www.pennstatehershey.org/web/nmrlab/resources/software/onset)15 
	Uwaga: Oprogramowanie ONSET zostało opracowane przez Xiaoyu Sun. Początki stymulacji zapachu w oparciu o czas paradygmatu i ślad oddechu zostaną automatycznie wykryte. Rzeczywisty wektor stymulacji jest definiowany jako czas rozpoczęcia każdej skutecznej inhalacji podczas dostarczania zapachu.
	<ol>
		<li>Zmierz i porównaj częstość i objętość oddychania (obszar pod każdą parą faz wdechu i wydechu) między okresami zapachu i bezwonności15. 
		UWAGA: Nie powinno być znaczącej różnicy w tych parametrach oddechowych między okresem zapachowym a bezwonnym.</li>
		<li>Przetwarzaj dane fMRI z rzeczywistymi wektorami początku i czasu trwania od ONSET w celu aktywacji centralnego układu węchowego15.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Doty, R. L., Reyes, P. F., Gregor, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Presence+of+both+odor+identification+and+detection+deficits+in+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res+Bull%22%5BJournal%5D)">Presence of both odor identification and detection deficits in Alzheimer's disease.</a> Brain Res Bull. 18 (5), 597-600 (1987).</li>
<li>Hummel, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Olfactory+FMRI+in+patients+with+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Integr+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Olfactory FMRI in patients with Parkinson's disease.</a> Front Integr Neurosci. 4, 125(2010).</li>
<li>Mesholam, R. I., Moberg, P. J., Mahr, R. N., Doty, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Olfaction+in+neurodegenerative+disease%3A+a+meta-analysis+of+olfactory+functioning+in+Alzheimer%27s+and+Parkinson%27s+diseases%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Neurol%22%5BJournal%5D)">Olfaction in neurodegenerative disease: a meta-analysis of olfactory functioning in Alzheimer's and Parkinson's diseases.</a> Arch Neurol. 55 (1), 84-90 (1998).</li>
<li>Pause, B. M., Miranda, A., Göder, R., Aldenhoff, J. B., Ferstl, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reduced+olfactory+performance+in+patients+with+major+depression%5BTitle%5D)+AND+%22J+Psychiatr+Res%22%5BJournal%5D)">Reduced olfactory performance in patients with major depression.</a> J Psychiatr Res. 35 (5), 271-277 (2001).</li>
<li>Vasterling, J. J., Brailey, K., Sutker, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Olfactory+identification+in+combat-related+posttraumatic+stress+disorder%5BTitle%5D)+AND+%22J+Trauma+Stress%22%5BJournal%5D)">Olfactory identification in combat-related posttraumatic stress disorder.</a> J Trauma Stress. 13 (2), 241-253 (2000).</li>
<li>Anderson, A. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissociated+neural+representations+of+intensity+and+valence+in+human+olfaction%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Dissociated neural representations of intensity and valence in human olfaction.</a> Nat Neurosci. 6 (2), 196-202 (2003).</li>
<li>Gottfried, J. A., Deichmann, R., Winston, J. S., Dolan, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+heterogeneity+in+human+olfactory+cortex%3A+an+event-related+functional+magnetic+resonance+imaging+study%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Functional heterogeneity in human olfactory cortex: an event-related functional magnetic resonance imaging study.</a> J Neurosci. 22 (24), 10819-10828 (2002).</li>
<li>Sobel, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sniffing+and+smelling%3A+separate+subsystems+in+the+human+olfactory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Sniffing and smelling: separate subsystems in the human olfactory cortex.</a> Nature. 392 (6673), 282-286 (1998).</li>
<li>Sun, X., Wang, J., Weitekamp, C. W., Yang, Q. X. A Novel Data Processing Method for Olfactory fMRI Examinations. Proc Intl Soc Mag Res Med. 18 (2010), 1161(2010).</li>
<li>Zatorre, R. J., Jones-Gotman, M., Evans, A. C., Meyer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+localization+and+lateralization+of+human+olfactory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Functional localization and lateralization of human olfactory cortex.</a> Nature. 360 (6402), 339-340 (1992).</li>
<li>Boley, J. C., Pontier, J. P., Smith, S., Fulbright, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facial+changes+in+extraction+and+nonextraction+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Angle+Orthod%22%5BJournal%5D)">Facial changes in extraction and nonextraction patients.</a> Angle Orthod. 68 (6), 539-546 (1998).</li>
<li>Furman, J. M., Koizuka, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reorientation+of+poststimulus+nystagmus+in+tilted+humans%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vestib+Res%22%5BJournal%5D)">Reorientation of poststimulus nystagmus in tilted humans.</a> J Vestib Res. 4 (6), 421-428 (1994).</li>
<li>Loevner, L. A., Yousem, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overlooked+metastatic+lesions+of+the+occipital+condyle%3A+a+missed+case+treasure+trove%5BTitle%5D)+AND+%22Radiographics%22%5BJournal%5D)">Overlooked metastatic lesions of the occipital condyle: a missed case treasure trove.</a> Radiographics. 17 (5), 1111-1121 (1997).</li>
<li>Tabert, M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Validation+and+optimization+of+statistical+approaches+for+modeling+odorant-induced+fMRI+signal+changes+in+olfactory-related+brain+areas%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Validation and optimization of statistical approaches for modeling odorant-induced fMRI signal changes in olfactory-related brain areas.</a> Neuroimage. 34 (4), 1375-1390 (2007).</li>
<li>Wang, J., Sun, X., Yang, Q. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+olfactory+fMRI+studies%3A+Implication+of+respiration%5BTitle%5D)+AND+%22Hum+Brain+Mapp%22%5BJournal%5D)">Methods for olfactory fMRI studies: Implication of respiration.</a> Hum Brain Mapp. 35 (8), 3616-3624 (2014).</li>
<li>Gottfried, J. A., O'Doherty, J., Dolan, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Appetitive+and+aversive+olfactory+learning+in+humans+studied+using+event-related+functional+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Appetitive and aversive olfactory learning in humans studied using event-related functional magnetic resonance imaging.</a> J Neurosci. 22 (24), 10829-10837 (2002).</li>
<li>Popp, R., Sommer, M., Müller, J., Hajak, G. Olfactometry in fMRI studies: odor presentation using nasal continuous positive airway pressure. Acta Neurobiol Exp (Wars). 64 (2), 171-176 (2004).</li>
<li>Wang, J., et al. Olfactory Habituation in the Human Brain. Proc Intl Soc Mag Res Med. 20, 2150(2012).</li>
<li>Grunfeld, R., et al. The responsiveness of fMRI signal to odor concentration). Proc. 27th Annual Meeting ACHEMS, , A237-A238 (2005).</li>
<li>Jia, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+of+the+olfactory+system+in+conscious+dogs%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Functional MRI of the olfactory system in conscious dogs.</a> PLoS One. 9 (1), e86362(2014).</li>
<li>Karunanayaka, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Networks+involved+in+olfaction+and+their+dynamics+using+independent+component+analysis+and+unified+structural+equation+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Hum+Brain+Mapp%22%5BJournal%5D)">Networks involved in olfaction and their dynamics using independent component analysis and unified structural equation modeling.</a> Hum Brain Mapp. 35 (5), 2055-2072 (2014).</li>
<li>Royet, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+neuroanatomy+of+different+olfactory+judgments%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Functional neuroanatomy of different olfactory judgments.</a> Neuroimage. 13 (3), 506-519 (2001).</li>
<li>Doty, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+age+and+age-related+diseases+on+olfactory+function%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+N+Y+Acad+Sci%22%5BJournal%5D)">Influence of age and age-related diseases on olfactory function.</a> Ann N Y Acad Sci. 561, 76-86 (1989).</li>
<li>Wang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Olfactory+deficit+detected+by+fMRI+in+early+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Olfactory deficit detected by fMRI in early Alzheimer's disease.</a> Brain Res. 1357, 184-194 (2010).</li>
<li>Moessnang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Altered+activation+patterns+within+the+olfactory+network+in+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb+Cortex%22%5BJournal%5D)">Altered activation patterns within the olfactory network in Parkinson's disease.</a> Cereb Cortex. 21 (6), 1246-1253 (2011).</li>
<li>Vasavada, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Olfactory+cortex+degeneration+in+Alzheimer%27s+disease+and+mild+cognitive+impairment%5BTitle%5D)+AND+%22J+Alzheimers+Dis%22%5BJournal%5D)">Olfactory cortex degeneration in Alzheimer's disease and mild cognitive impairment.</a> J Alzheimers Dis. 45 (3), 947-958 (2015).</li>
<li>Jacobs, H. I., Radua, J., Lückmann, H. C., Sack, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Meta-analysis+of+functional+network+alterations+in+Alzheimer%27s+disease%3A+toward+a+network+biomarker%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci+Biobehav+Rev%22%5BJournal%5D)">Meta-analysis of functional network alterations in Alzheimer's disease: toward a network biomarker.</a> Neurosci Biobehav Rev. 37 (5), 753-765 (2013).</li>
<li>Murphy, C., Cerf-Ducastel, B., Calhoun-Haney, R., Gilbert, P. E., Ferdon, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ERP%2C+fMRI+and+functional+connectivity+studies+of+brain+response+to+odor+in+normal+aging+and+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Senses%22%5BJournal%5D)">ERP, fMRI and functional connectivity studies of brain response to odor in normal aging and Alzheimer's disease.</a> Chem Senses. 30 Suppl 1, i170-i171 (2005).</li>
<li>Hummel, T., Kobal, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differences+in+human+evoked+potentials+related+to+olfactory+or+trigeminal+chemosensory+activation%5BTitle%5D)+AND+%22Electroen+Clin+Neuro%22%5BJournal%5D)">Differences in human evoked potentials related to olfactory or trigeminal chemosensory activation.</a> Electroen Clin Neuro. 84 (1), 84-89 (1992).</li>
<li>Cerf-Ducastel, B., Murphy, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((FMRI+brain+activation+in+response+to+odors+is+reduced+in+primary+olfactory+areas+of+elderly+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">FMRI brain activation in response to odors is reduced in primary olfactory areas of elderly subjects.</a> Brain Res. 986 (1-2), 39-53 (2003).</li>
<li>Cain, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contribution+of+the+trigeminal+nerve+to+perceived+odor+magnitude%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+NY+Acad+Sci%22%5BJournal%5D)">Contribution of the trigeminal nerve to perceived odor magnitude.</a> Ann NY Acad Sci. 237, 28-34 (1974).</li>
<li>Murphy, C., Gilmore, M. M., Seery, C. S., Salmon, D. P., Lasker, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Olfactory+thresholds+are+associated+with+degree+of+dementia+in+Alzheimer%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol+Aging%22%5BJournal%5D)">Olfactory thresholds are associated with degree of dementia in Alzheimer's disease.</a> Neurobiol Aging. 11 (4), 465-469 (1990).</li>
<li>Doty, R. L., Brugger, W. E., Jurs, P. C., Orndoff, M. A., Snyder, P. J., Lowry, L. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intranasal+trigeminal+stimulation+from+odorous+volatiles%3A+Psychometric+responses+from+anosmic+and+normal+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Behav%22%5BJournal%5D)">Intranasal trigeminal stimulation from odorous volatiles: Psychometric responses from anosmic and normal humans.</a> Physiol Behav. 20 (2), 175-185 (1978).</li>
<li>Kobal, G., Hummel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Olfactory+and+intranasal+trigeminal+event-related+potentials+in+anosmic+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Laryngoscope%22%5BJournal%5D)">Olfactory and intranasal trigeminal event-related potentials in anosmic patients.</a> Laryngoscope. 108 (7), 1033-1035 (1998).</li>
<li>Frasnelli, J., Lundström, J. N., Schöpf, V., Negoias, S., Hummel, T., Lepore, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual+processing+streams+in+chemosensory+perception%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Hum+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Dual processing streams in chemosensory perception.</a> Front Hum Neurosci. 6, Article 288 (2012).</li>
<li>Yousem, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gender+effects+on+odor-stimulated+functional+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Gender effects on odor-stimulated functional magnetic resonance imaging.</a> Brain Res. 818 (2), 480-487 (1999).</li>
<li>Koulivand, P. H., Ghadiri, M. K., Gorji, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lavender+and+the+nervous+system%5BTitle%5D)+AND+%22Evid+Based+Compl+Alt+Med%22%5BJournal%5D)">Lavender and the nervous system.</a> Evid Based Compl Alt Med. 2013, Article ID 681304 (2013).</li>
<li>Yousem, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MR+imaging+during+odor+stimulation%3A+Preliminary+data%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroradiology%22%5BJournal%5D)">Functional MR imaging during odor stimulation: Preliminary data.</a> Neuroradiology. 204 (3), 833-838 (1997).</li>
<li>Hummel, T., Doty, R. L., Yousem, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+of+intranasal+chemosensory+trigeminal+activation%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Senses%22%5BJournal%5D)">Functional MRI of intranasal chemosensory trigeminal activation.</a> Chem Senses. 30 (suppl. 1), i205-i206 (2005).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Procedury eksperymentalne powinny być starannie przemyślane i prawidłowo wykonane w celu zebrania wiarygodnych danych dotyczących aktywacji węchowej. Kluczowe kroki w ramach protokołu obejmują wdrożenie paradygmatu wyzwalanego oddychaniem w celu synchronizacji dostarczania zapachu z akwizycją obrazu, przygotowanie odpowiednich stężeń substancji zapachowych w celu kontrolowania reakcji psychofizycznych, ustawienie olfaktometru z niezawodnym stabilnym sygnałem oddechowym i stałym przepływem powietrza oraz przetwarzanie dan...

Ludzki układ węchowy jest rozumiany jako znacznie więcej niż system sensoryczny, ponieważ węch również odgrywa ważną rolę w regulacji homeostazy i emocjach. Klinicznie wiadomo, że ludzki układ węchowy jest podatny na ataki wielu powszechnych chorób neurologicznych i zaburzeń psychicznych, takich jak choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, zespół stresu pourazowego i depresja1,2,3,4,5. Obecnie funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) z kontrastem zależnym od poziomu tlenu we krwi (BOLD) jest najcenniejszą techniką mapowania funkcji ludzkiego mózgu. Dzięki tej technice uzyskano znaczną wiedzę na temat specyficznych funkcji centralnych struktur węchowych (np. kory gruszkowatej, kory oczodołowo-czołowej, ciała migdałowatego i kory wyspowej)6,7,8,9,10.
Zastosowanie fMRI do badań nad centralnym układem węchowym człowieka i związanymi z nim chorobami, zostało jednak utrudnione przez dwie główne przeszkody: szybkie przyzwyczajenie sygnału BOLD i zmienną modulację przez oddychanie. W życiu codziennym, gdy jesteśmy narażeni na działanie substancji zapachowej przez pewien czas, szybko przyzwyczajamy się do tego zapachu. W rzeczywistości, podczas badania za pomocą węchowego fMRI, indukowany zapachem sygnał fMRI jest szybko tłumiony przez habituację, co stanowi wyzwanie dla projektów paradygmatu stymulacji8,10,11,12,13,14. Początkowy znaczący sygnał BOLD w pierwotnej korze węchowej utrzymuje się tylko przez kilka sekund po pojawieniu się zapachu. Dlatego paradygmaty węchowego fMRI powinny unikać długotrwałych lub częstych stymulacji zapachowych w krótkim czasie. Aby zmniejszyć efekt habituacji, w niektórych badaniach próbowano przedstawić naprzemienne zapachy w paradygmacie fMRI. Takie podejście może jednak komplikować analizę danych, ponieważ każdy zapach może być traktowany jako niezależne zdarzenie stymulacyjne.
Pojawia się kolejny problem techniczny związany ze zmiennością wzorców oddychania badanych; wdychanie nie zawsze synchronizuje się z podawaniem zapachu podczas paradygmatu o ustalonym czasie. Początek i czas trwania stymulacji węchowej są modulowane przez oddech każdej osoby, co wpływa na jakość i analizę danych fMRI. Niektóre badania próbowały złagodzić ten problem za pomocą wizualnych lub słuchowych sygnałów w celu zsynchronizowania oddechu i początku zapachu, ale zgodność pacjentów jest zmienna, zwłaszcza w populacji klinicznej. Aktywacje mózgu związane z tymi sygnałami mogą również komplikować analizę danych w niektórych zastosowaniach. W związku z tym synchronizacja inhalacji z dostarczaniem substancji zapachowej może mieć kluczowe znaczenie dla badań węchowych fMRI15.
Dodatkowym czynnikiem niezbędnym do fMRI węchowego, szczególnie w procesie analizy danych, jest wybór substancji zapachowych. Znalezienie odpowiedniego stężenia odorantu w odniesieniu do postrzeganej intensywności jest ważne dla kwantyfikacji i porównania poziomów aktywacji w mózgu w różnych warunkach eksperymentalnych lub chorobach. Wybór środka zapachowego musi również uwzględniać zapach, wartościowość lub przyjemność. Wiadomo, że powoduje to rozbieżne profile czasowe w uczeniu węchowym16,17. Zapach lawendy został wybrany do tej demonstracji częściowo z tego powodu. W zależności od celu konkretnego badania, lepszym wyborem mogą być różne substancje zapachowe. Ponadto stymulacja nerwu trójdzielnego musi być zminimalizowana, aby zmniejszyć aktywację niezwiązaną bezpośrednio z węchem18.
W tym raporcie demonstrujemy technikę fMRI do konfiguracji i uruchomienia paradygmatu wyzwalanego oddychaniem za pomocą olfaktometru w środowisku rezonansu magnetycznego. Przedstawiamy również narzędzie do przetwarzania końcowego, które może zmniejszyć niektóre błędy czasowe, które mogły wystąpić podczas pozyskiwania danych, próbując jeszcze bardziej usprawnić analizę danych.

<table><tbody><tr><td>Skaner MR 3T</td><td>Siemens</td><td></td><td>Każdy skaner MR jest dopuszczalny.&nbsp;</td></tr><tr><td>Olfaktometr</td><td>Emerging Tech Trans, LLC</td><td></td><td>Każdy olfaktometr o podobnych możliwościach jest dopuszczalny</td></tr>.<tr><td>6-kanałowy nośnik nawaniacza</td><td>Emerging Tech Trans, LLC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Końcówka/aplikator</td><td>Emerging Tech Trans, LLC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rurki PTFE</td><td>Emerging Tech Trans, LLC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Skrzynka konwertera TTL</td><td>Emerging Tech Trans, LLC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pas czujnika oddechu</td><td>Emerging Tech Trans, LLC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Olejek</td> <td>lawendowyGivaudan Flavors Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>1,2 propanediol</td><td>Sigma</td><td>P6209</td><td></td></tr><tr><td>POCZĄTEK</td><td></td><td></td><td>www.pennstatehershey.org/web/nmrlab/resources/software/onset</td></tr><tr><td>SPM8&nbsp;</td><td>Wellcome Trust Center for Neuroimaging, University College London, Londyn, Wielka Brytania&nbsp;</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

metoda fmri do swobodnego oddychania do badania funkcji węchowych człowieka

A Free-breathing fMRI Method to Study Human Olfactory Function

Badanie ludzkiego węchu to bardzo złożona i cenna dziedzina o zastosowaniach od badań biomedycznych po ocenę kliniczną. Obecnie ocena funkcji centralnego układu węchowego człowieka za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) jest nadal wyzwaniem ze względu na szereg trudności technicznych. Istnieje kilka istotnych zmiennych, które należy wziąć pod uwagę przy rozważaniu skutecznej metody mapowania funkcji centralnego układu węchowego za pomocą fMRI, w tym właściwy dobór substancji zapachowych, interakcja między prezentacją zapachu a oddychaniem oraz potencjalne przewidywanie lub przyzwyczajenie się do substancji zapachowych. Związana ze zdarzeniem, wyzwalana oddychaniem technika węchowego fMRI może precyzyjnie podawać substancje zapachowe w celu stymulacji układu węchowego, jednocześnie minimalizując potencjalne zakłócenia. Może skutecznie uchwycić precyzyjne początki sygnałów fMRI w pierwotnej korze węchowej przy użyciu naszej metody przetwarzania końcowego danych. Przedstawiona tutaj technika zapewnia skuteczny i praktyczny sposób generowania wiarygodnych wyników fMRI węchowego. Taka technika może ostatecznie zostać zastosowana w sferze klinicznej jako narzędzie diagnostyczne chorób związanych ze zwyrodnieniem węchu, w tym choroby Alzheimera i Parkinsona, gdy zaczynamy lepiej rozumieć złożoność ludzkiego układu węchowego.

Rysunek 1 przedstawia konfigurację fMRI węchowego wewnątrz i na zewnątrz pomieszczenia z magnesem, z uwzględnieniem kompatybilności z MR. Rysunek 2a przedstawia standardowy paradygmat o stałym czasie trwania, natomiast Rysunek 2b przedstawia paradygmat, w którym „wyzwalacz oddechowy” umożliwia synchronizację podawania zapachu z wdechem.
Reg...

Przedstawiamy techniczne wyzwania i rozwiązania dla uzyskania wiarygodnych danych z funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) z centralnego układu węchowego człowieka. Obejmuje to specjalne rozważania dotyczące projektowania paradygmatu węchowego fMRI, opisy pozyskiwania danych fMRI za pomocą olfaktometru kompatybilnego z MRI, wybór substancji zapachowych oraz specjalne narzędzie programowe do przetwarzania końcowego danych.

Metoda fMRI do swobodnego oddychania do badania funkcji węchowych człowieka

The study of human olfaction is a highly complex and valuable field with applications ranging from biomedical research to clinical evaluation. Currently, ...

Ogólnym celem tego filmu jest przedstawienie i wyjaśnienie wydajnej i łatwej do dostosowania metody fMRI, aby skutecznie badać mapowanie ludzkiego układu węchowego bez ingerencji w naturalne oddychanie. Jedną z przeszkód w wykorzystaniu węchowego fMRI do badania aktywacji mózgu reagującej na zapach i stymulację, jest niespójność powtarzalnej stymulacji zapachu, która jest spowodowana asynchronizacją oddychania i dostarczania zapachu. Jak pokazano tutaj, gdy prezentacja zapachu w paradygmacie stymulacji zapachu w ustalonym czasie nie jest zsynchronizowana z oddychaniem, powtarzalna stymulacja zapachu może mieć miejsce w różnych fazach oddychania.Rozwiązaniem tego problemu jest ustanowienie paradygmatu fMRI wyzwalanego przez oddychanie węchowe. Skuteczne gromadzenie danych fMRI węchowych odbywa się poprzez zaprojektowanie paradygmatu stymulacji węchowej wywołanej oddychaniem związanego ze zdarzeniem na olfaktometrze, który jest odporny na przyzwyczajenie i niespójne wzorce wdechu. Drugim krokiem jest przygotowanie substancji zapachowych do stymulacji węchowej, zwracając uwagę na stosowanie substancji zapachowych, które minimalizują efekty stymulacji nerwu trójdzielnego i habituacji.T

a-free-breathing-fmri-method-to-study-human-olfactory-function

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Niniejszy artykuł przedstawia protokoły obrazowania wrodzonych sygnałów optycznych oraz sygnałów autofluorescencji flawoprotein w celu mapowania aktywności wywołanej zapachami na powierzchni opolpacha u myszy.

Obrazowanie aktywności wywołanej zapachami w opoliach myszy z wykorzystaniem sygnałów odbicia optycznego i autofluorescencji

W niniejszym artykule opisano techniki wykonywania funkcjonalnego obrazowania rezonansu magnetycznego o wysokiej rozdzielczości z próbkowaniem 1,2 mm w obrębie ludzkiego śródmózwia i struktur podkorowych przy użyciu skanera 3T. Jako przykład przedstawiono zastosowanie tych technik do opracowania map topograficznych stymulacji wzrokowej w ludzkim wzgórzu górnym (SC).

Metody funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym o wysokiej rozdzielczości dla ludzkiego śródmózgowia

Prezentujemy metodę porównywania funkcjonalnej aktywności mózgu zarejestrowanej podczas zadania naturalistycznego przy użyciu fNIRS z aktywnością zarejestrowaną podczas fMRI.

Walidacja fMRI pomiarów fNIRS podczas zadania naturalistycznego

Przedstawiamy prosty i bezstronny test węchowy na myszach. Dzięki temu protokołowi dyskryminacja węchowa, preferencje, unikanie i wrażliwość na nowy zapach w porównaniu z wodą mogą być oceniane w pojedynczych sesjach behawioralnych. Ta metoda jest wskazana dla pojedynczego eksperymentatora, a analiza opiera się na komputerowym przetwarzaniu wideo.

Proste i wspomagane komputerowo testy węchowe dla myszy

Użycie olfaktometru do bezpośredniego prezentowania substancji zapachowych otwiera ekscytujące możliwości dla badaczy pamięci węchowej. W niniejszej pracy omówiono zagadnienia związane z tą metodologią w odniesieniu do wcześniej opublikowanego eksperymentu dotyczącego pamięci zależnej od kontekstu węchowego.

Pamięć zależna od kontekstu węchowego: bezpośrednia prezentacja substancji zapachowych

Rezonans magnetyczny (MRI) na nieskrępowanych obudzonych psach to nowa metoda z kilkoma zaletami w porównaniu z obrazowaniem z fizycznymi lub chemicznymi ograniczeniami. Protokół ten wprowadza opłacalną metodę treningu, która minimalizuje szkolenie w środowisku MRI, które może być kosztowne, i maksymalizuje pulę pacjentów dostępnych dla funkcjonalnego rezonansu magnetycznego psów.

Szkolenie psów do przytomnego, nieskrępowanego funkcjonalnego rezonansu magnetycznego

Prezentujemy metodę jednoczesnego zbierania sygnałów fMRI i fNIRS od tych samych osób z pokryciem fNIRS całej głowy. Protokół został przetestowany na trzech młodych osobach dorosłych i może być dostosowany do zbierania danych do badań rozwojowych i populacji klinicznych.

Jednoczesne zbieranie danych z pomiarów fMRI i fNIRS przy użyciu matrycy optodowej całej głowicy i kanałów o krótkich odległościach

Ten artykuł opisuje użycie olfaktometru zsynchronizowanego z oddechem do wyzwalania jedno- i dwucewkowej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS) podczas prezentacji zapachu zsynchronizowanej z ludzkim oddechem przez nos. Ta kombinacja pozwala nam obiektywnie zbadać, jak przyjemne i nieprzyjemne zapachy wpływają na pobudliwość korowo-rdzeniową i efektywną łączność mózgową u danej osoby.

Połączenie olfaktometru zsynchronizowanego z oddechem z symulacją mózgu w celu zbadania wpływu zapachów na pobudliwość korowo-rdzeniową i efektywną łączność

Protokół ten opisuje konstrukcję olfaktometru do eksperymentów z zachowaniami węchowymi go/no-go. Instrukcje krok po kroku wraz ze zdjęciami są dostarczane, aby zapewnić pomyślną konstrukcję olfaktometru. Dołączone są również informacje dotyczące rozwiązywania problemów napotkanych podczas procesu.

Konstruowanie olfaktometru do badań zachowań węchowych gryzoni

W niniejszym artykule omawiamy metodologię oraz kwestie istotne dla łączenia TMS i fMRI w celu zbadania wpływu stymulacji mózgu na sieć stanu spoczynkowego.

Połączenie przezczaszkowej stymulacji magnetycznej i fMRI w celu zbadania sieci aktywności spoczynkowej (Default Mode Network)

Poznaj metodę fMRI z wyzwalaniem oddechowym do badania układu węchowego człowieka. Technika synchronizuje podawanie zapachu z fazą wdechu, eliminując problemy z asynchronicznym oddychaniem i poprawiając jakość danych neuroobrazowych.

Metoda fMRI do swobodnego oddychania do badania funkcji węchowych człowieka

Przeglądaj więcej filmów