Сочетание синхронизированного с дыханием ольфактометра с моделированием мозга для изучения влияния запахов на кортикоспинальную возбудимость и эффективную связь
19 января 2024 г.
В данной статье описывается использование синхронизированного с дыханием ольфактометра для запуска транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) с одной или двумя катушками во время презентации одоранта, синхронизированной с носовым дыханием человека. Эта комбинация позволяет объективно исследовать, как приятные и неприятные запахи влияют на кортикоспинальную возбудимость и эффективные связи мозга у конкретного человека.
Здесь мы стремимся исследовать взаимосвязь между обонятельной и двигательной системами в головном мозге. Мы особенно заинтересованы в изучении того, как приятные и неприятные запахи повлияют на доступность кортикоспинальных тканей и эффективную связь как в нормальном, так и в патологическом состоянии. Изучение механистических основ обонятельно-моторных взаимодействий требует тщательного рассмотрения двух методологических аспектов.
Во-первых, крайне важно обеспечить различное обонятельное состояние в рамках одной и той же экспериментальной фазы. Во-вторых, необходим точный контроль и синхронизация обонятельной стимуляции и стимуляции ТМС с фазами дыхания. Мы представляем новый метод, предназначенный для тщательного исследования модуляций кортикоспинальной возбудимости и эффективных связей, которые могут возникать при восприятии приятных и неприятных запахов.
Все эти стимуляции осуществляются синхронно с носовым дыханием человека. Этот метод проложил путь к клиническим исследованиям, изучающим аберрантные взаимодействия между обонятельной и моторной системами. В настоящее время мы применяем эти методы к пациентам с психическими расстройствами, которые связаны с изменениями в вегетативном восприятии запахов и дезадаптивным подходом или поведением избегания.
Обзор
В данном исследовании представлен новый экспериментальный метод с использованием ольфактометра, синхронизированного с дыханием, в сочетании с транскраниальной магнитной стимуляцией (ТМС) для изучения взаимодействий между обонятельным восприятием и ответами моторной системы. Исследование сосредоточено на том, как приятные и неприятные запахи модулируют кортикоспинальную возбудимость и эффективную связность, что может быть полезно для клинических исследований обонятельно-моторных взаимодействий.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Ольфакторная обработка
- Транскраниальная магнитная стимуляция
Теоретические сведения
- Взаимодействие между ольфакторными стимулами и ответами моторной системы изучено недостаточно.
- Понимание того, как запахи влияют на возбудимость моторной системы, имеет значение для клинических состояний.
- Синхронизация подачи ольфакторных стимулов и ТМС имеет решающее значение для точности измерений.
- Данный подход особенно актуален для изучения психических расстройств, при которых изменяется восприятие запахов.
Цель исследования
- Исследование влияния приятных и неприятных запахов на кортикоспинальную возбудимость.
- Изучение изменений эффективной связности в норме и при патологии.
- Разработка строгого метода изучения ольфакторно-моторных взаимодействий.
Используемые методы
- Использовали ольфактометр с синхронизацией по дыханию совместно с двухкатушечной TMS.
- Привлекли здоровых участников для оценки двигательных ответов во время подачи запахов.
- Критически важным была синхронизация условий подачи запахов с назальным дыханием человека.
- Проводили электромиографию (ЭМГ) для оценки моторных вызванных потенциалов (МВП).
- Стимулы включали приятные, неприятные и нейтральные запахи, которые предъявлялись в случайном порядке.
Основные результаты
- На вызванные моторные потенциалы (ВМП) влияла гедоническая ценность одорантов, что проявлялось в изменении амплитуды пиков.
- Результаты указали на супрессивное влияние левой дорсолатеральной префронтальной коры (DLPFC) на первичную моторную кору (M1).
- Основные сравнения выявили модулирующую роль ольфакторных стимулов в отношении двигательной возбудимости.
- Синхронизация стимулов с фазами дыхания повысила достоверность эксперимента.
Выводы
- Данное исследование позволяет точно изучить взаимодействия в обонятельно-моторной системе и влияние валентности запаха.
- Новая методология может расширить понимание расстройств, связанных с обонянием.
- Полученные результаты могут иметь важное значение для терапевтических подходов в психиатрии.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Интеграция ольфактометрии, синхронизированной с дыханием, с транскраниальной магнитной стимуляцией (ТМС) позволяет детально исследовать, каким образом обонятельные стимулы модулируют возбудимость и связность моторной системы. Данный подход восполняет критический пробел в понимании сенсомоторной интеграции, обеспечивая прогностическую достоверность при валидации мишеней в исследованиях нейропсихиатрических и неврологических расстройств. Прецизионность и воспроизводимость этого метода делают его ценным инструментом для раннего поиска и трансляционных нейробиологических исследований.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишеней
- Позволяет снизить механистические риски путем прямого исследования взаимодействий в обонятельно-моторном пути.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней посредством количественной оценки изменений кортикоспинальной возбудимости.
- Облегчает приоритизацию портфеля за счет объективного разграничения гедонической ценности одоранта и ее нейронного воздействия.
Скрининг и разработка анализа
- Подготавливает валидированные биологические системы, синхронизированные по дыханию, для последующих нейроповеденческих анализов.
- Стандартизирует подачу стимулов и измерение ответов, что повышает воспроизводимость результатов в различных исследованиях.
- Обеспечивает получение количественных данных ЭМГ и МПЭ для надежной оценки действия соединений или вмешательств.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует системам, релевантным для заболеваний, за счет моделирования дезадаптивного поведения приближения-избегания, связанного с восприятием запахов.
- Обеспечивает преемственность от выявления механизмов до доклинической валидации в моделях нейропсихиатрических расстройств.
- Позволяет предиктивно снизить риски при разработке методов терапии, направленных на устранение дефицита сенсомоторной интеграции.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный метод связывает этап первичного поиска с доклиническими исследованиями, обеспечивая возможность проверки гипотез о взаимодействии обонятельных и моторных функций, а также об их модуляции экспериментальными переменными.
- Фундаментальная биология: позволяет проверить гипотезы о связности и модуляции сенсомоторных путей.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные показатели возбудимости моторной системы в ответ на контролируемые ольфакторные стимулы.
- Аналитика: предоставляет данные ЭМГ и МЭП для достоверного статистического сравнения экспериментальных условий.
- Трансляционные исследования: способствует моделированию клинически значимых поведенческих фенотипов и согласованию биомаркеров.
- Корпоративное использование: предлагает стандартизированную, многократно используемую платформу для проведения междисциплинарных сенсомоторных исследований по различным показаниям.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неоднозначность в исследованиях сенсомоторных функций.
- Операционная ценность: улучшает стандартизацию, воспроизводимость и масштабируемость нейроповеденческих анализов.
- Стратегическая ценность: служит основой для принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и снижает биологические риски на поздних стадиях в портфелях нейропсихиатрических препаратов.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритезацию мишеней и методов вмешательства, влияющих на сенсомоторную интеграцию, с поправкой на риск.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с ТМС, ЭМГ и ольфактометрией для точной настройки оборудования и интерпретации данных.
- Необходима инфраструктура для точной синхронизации подачи стимулов и регистрации физиологических показателей.
- Требуется межгрупповая стандартизация протоколов и процедур калибровки.
- Может потребоваться адаптация метода для различных модельных систем или групп пациентов.
- В ходе тестирования необходимо учитывать индивидуальную вариабельность участников в отношении обонятельной чувствительности и внимания.
