Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Kombination af et åndedrætssynkroniseret olfactometer med hjernesimulering for at studere lugtens indvirkning på kortikospinal excitabilitet og effektiv forbindelse

Published: January 19, 2024 doi: 10.3791/65714
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2, 3, 3, 3, 1,2
1PSYR2, Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale U1028, Centre National de la Recherche Scientifique UMR5292, Université Claude Bernard Lyon 1, 2Centre Hospitalier Le Vinatier, 3NEUROPOP, Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale U1028, Centre National de la Recherche Scientifique UMR5292, Université Claude Bernard Lyon 1

Summary

Dette papir beskriver brugen af et åndedrætssynkroniseret olfactometer til at udløse enkelt- og dobbeltspoletranskraniel magnetisk stimulering (TMS) under lugtpræsentation synkroniseret med menneskelig nasal vejrtrækning. Denne kombination giver os mulighed for objektivt at undersøge, hvordan behagelige og ubehagelige lugte påvirker kortikospinal excitabilitet og hjerneeffektiv forbindelse hos et givet individ.

Abstract

Det er almindeligt accepteret, at olfaktorisk stimulering fremkalder motorisk adfærd, såsom at nærme sig behagelige lugtstoffer og undgå ubehagelige hos dyr og mennesker. For nylig har undersøgelser ved hjælp af elektroencefalografi og transkraniel magnetisk stimulering (TMS) vist en stærk sammenhæng mellem behandling i det olfaktoriske system og aktivitet i motorcortex hos mennesker. For bedre at forstå interaktionerne mellem olfaktoriske og motoriske systemer og for at overvinde nogle af de tidligere metodologiske begrænsninger udviklede vi en ny metode, der kombinerer et olfactometer, der synkroniserer tilfældig ordrepræsentation af lugtstoffer med forskellige hedoniske værdier og TMS (enkelt- og dobbeltspole), der udløser med nasale vejrtrækningsfaser. Denne metode gør det muligt at undersøge modulationerne af kortikospinal excitabilitet og effektiv ipsilateral forbindelse mellem den dorsolaterale præfrontale cortex og den primære motoriske cortex, der kan forekomme under behagelig og ubehagelig lugtopfattelse. Anvendelsen af denne metode vil muliggøre objektivt at diskriminere behagelighedsværdien af et lugtstof hos en given deltager, hvilket indikerer lugtstoffets biologiske indvirkning på hjernens effektive forbindelse og ophidselse. Derudover kan dette bane vejen for kliniske undersøgelser hos patienter med neurologiske eller neuropsykiatriske lidelser, der kan udvise lugthedoniske ændringer og maladaptive tilgangsundgåelsesadfærd.

Introduction

Det er almindeligt accepteret, at olfaktorisk stimulering fremkalder automatiske reaktioner og motorisk adfærd. For eksempel hos mennesker er eksistensen af et undgåelsesmotorrespons (læner sig væk fra lugtkilden), der forekommer 500 ms efter negativ lugtdebut, for nylig blevet demonstreret1. Ved at optage frit bevægelige menneskelige deltagere, der udforskede lugte fra kolber, viste Chalençon et al. (2022), at motorisk adfærd (dvs. hastighed for tilgang til næsen og tilbagetrækning af kolben, der indeholder lugtstoffet) er tæt forbundet med lugthedonik2. Desuden er en tæt sammenhæng mellem behandling i det olfaktoriske system og aktivitet i motorcortex for nylig blevet påvist hos mennesker ved hjælp af elektroencefalografi1. Specifikt blev ca. 350 ms efter begyndelsen af negative lugte observeret en specifik mu-rytme desynkronisering, kendt for at afspejle handlingsforberedelsesprocesser, over og inden for den primære motoriske cortex (M1), kort efterfulgt af en adfærdsmæssig baglæns bevægelse1. Styrkelse af ideen om et forhold mellem olfaktoriske og motoriske systemer viste en anden nylig undersøgelse, at eksponering for et behageligt lugtstof øgede kortikospinal excitabilitet sammenlignet med en lugtfri tilstand3. I denne undersøgelse blev enkeltpuls transkraniel magnetisk stimulering (spTMS) anvendt på M1 for at fremkalde et motorfremkaldt potentiale (MEP) i en målhåndmuskel, registreret perifert med elektromyografi (EMG) under lugtopfattelse. Eksponering for det behagelige lugtstof blev tilvejebragt passivt af papirstrimler gennemblødt med ren bergamot æterisk olie og anbragt på en metalholder under næsen3. I denne sammenhæng forbliver det uklart, om faciliteringen af kortikospinal excitabilitet skyldes den behagelige lugtstimulering eller uspecifikke adfærdsmæssige virkninger såsom sniffing og tænder, der knytter sig 4,5. Desuden er det stadig ukendt, hvordan et ubehageligt lugtstof modulerer M1-excitabilitet undersøgt af TMS.

Sammenfattende fremhæver dette behovet for at udvikle en metode, der giver følgende fordele i forhold til eksisterende teknikker, der er anvendt i tidligere undersøgelser 3,6: (1) randomisering af præsentationen af forskellige lugtforhold (behagelig / ubehagelig / ingen lugt) inden for samme eksperimentelle fase, (2) nøjagtigt synkronisering af lugtpræsentation og TMS-timing i henhold til de menneskelige nasale vejrtrækningsfaser (inspiration og udløb), når man studerer motorsystemet.

TMS kan også bruges som et værktøj til at undersøge kortikokortikale interaktioner, også kaldet effektiv forbindelse, mellem flere kortikale områder og M1 med en høj tidsmæssig opløsning 7,8,9,10,11,12. Her bruger vi et dual-site TMS (dsTMS) paradigme, hvor en førstekonditioneringsstimulering (CS) aktiverer et målkortikalt område, og en anden teststimulering (TS) påføres over M1 ved hjælp af en anden spole for at fremkalde en MEP. Effekten af CS evalueres ved at normalisere amplituden af den betingede MEP (dsTMS-tilstand) til amplituden af den ubetingede MEP (spTMS-tilstand)13. Derefter indikerer negative forholdsværdier suppressive kortiko-kortikale interaktioner, mens positive forholdsværdier indikerer faciliterende kortiko-kortikale interaktioner mellem de to stimulerede områder. dsTMS-paradigmet giver således en unik mulighed for at identificere arten (dvs. faciliterende eller undertrykkende), styrken og modulationerne af den effektive forbindelse mellem det præaktiverede område og M1. Det er vigtigt, at kortiko-kortikale interaktioner afspejler en kompleks balance mellem facilitering og undertrykkelse, der kan moduleres i forskellige timing og mentale tilstande eller opgaver 7,14.

Så vidt vi ved, er det relativt nye dsTMS-paradigme aldrig blevet brugt til at undersøge kortikokortikale interaktioner under lugtopfattelse med forskellige hedoniske værdier. Imidlertid har neuroimaging undersøgelser vist, at eksponering for behagelige og ubehagelige lugtstoffer inducerer forbindelsesændringer i områder, der er involveret i følelser, beslutningstagning og handlingskontrol, herunder det supplerende motorområde, den forreste cingulate cortex og den dorsolaterale præfrontale cortex (DLPFC)15,16. Faktisk er DLPFC en nøgleknude, der medierer følelsesmæssig kontrol, sensorisk behandling og aspekter på højere niveau af motorstyring, såsom forberedende processer 17,18,19. Derudover har både humane og dyreforsøg givet bevis for, at DLPFC har forskellige neuronale fremskrivninger til M1 17,18,20,21,22. Afhængigt af konteksten kan disse DLPFC-fremskrivninger enten lette eller hæmme M1-aktivitet 7,19,20. Det synes således muligt, at den effektive forbindelse mellem DLPFC og M1 moduleres under lugtpræsentation, og at behagelige og ubehagelige lugtstoffer rekrutterer adskilte kortikale netværk, hvilket fører til en differentiel effekt på DLPFC-M1-forbindelse.

Her foreslår vi en ny metode, der er egnet til den metodologisk strenge undersøgelse af modulationerne af kortikospinal excitabilitet og effektiv forbindelse, der kan opstå under opfattelsen af behagelige og ubehagelige lugte, alt sammen leveret synkront med menneskelig nasal vejrtrækning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle eksperimentelle procedurer, der er beskrevet i de følgende afsnit, er godkendt af en etisk komité (CPP Ile de France VII, Paris, Frankrig, protokolnummer 2022-A01967-36) i overensstemmelse med Helsingfors-erklæringen. Alle deltagere gav skriftligt informeret samtykke inden studietilmelding.

1. Rekruttering af deltagere

  1. Inklusions-/eksklusionskriterier.
    1. Inkluder voksne (> 18 år) deltagere. Screene alle deltagere for kontraindikationer til TMS i henhold til internationale ekspertretningslinjer23.
    2. Ekskluder deltagere med implanteret medicinsk udstyr (f.eks. cochlear-implantat, hjertepacemaker osv.), En personlig eller familiehistorie med anfald, hovedpine, hjernetraumer og neuroaktiv medicin. Ekskluder deltagere, der betragtes som "anosmiske" i henhold til den europæiske test af olfaktoriske kapaciteter24.
  2. Handedness: Kontroller for højrehåndethed som vurderet af Edinburgh Handedness Inventory spørgeskema25.
    SEDDEL. Det anbefales stærkt kun at rekruttere højrehåndede deltagere i undersøgelser, der vurderer kortikospinal excitabilitet og effektiv forbindelse i motorsystemet26,27.
  3. Information og informeret samtykke: Giv alle deltagere grundlæggende oplysninger om undersøgelsens mål, procedurer og risici, der er godkendt af den etiske komité, og bed dem om at underskrive skriftligt informeret samtykke.

2. Eksperimentel procedure

  1. Patientinstallation: Bed deltageren om at sidde på en behagelig stol (tandlægestolstype) med begge hænder afslappet og pronateret. Placer deltagerens hoved på en hagestøtte for at minimere hovedbevægelsen under stimulering.
  2. Elektromyografi optagelser
    1. Forbered deltagerens hud før elektrodepåføring ved hjælp af en eksfolierende skrubbe for let at slibe områderne og rengøre områderne ved hjælp af alkoholpuder, hvor elektroder vil blive påført.
    2. Påfør to sølv/sølvchlorid engangs optageelektroder med en mave-senemontage af den første dorsale interosseøse (FDI) muskel. Tilsæt jordelektroden til ulnaens styloidproces (figur 1).
    3. Tilslut elektroderne til forstærkeren med kabler og dataindsamlingssystemet.
    4. Optag EMG-signalet ved hjælp af et analog-til-digitalt (AD) konverteringssystem. Forstærk og filtrer EMG-signaler (forstærkning = 1000) ved hjælp af en båndbreddefrekvens mellem 10 Hz og 1 kHz. Digitaliser med en samplinghastighed på 2.000 Hz og gem hver EMG-fil til offline analyse.
    5. Kontroller kvaliteten af signalet, der vises på computerskærmen, der er tilsluttet dataindsamlingssystemet.
  3. TMS spoleM1 position.
    1. Tilslut denne spole til A-stimulatoren (figur 1).
    2. Placer en tætsiddende hætte over deltagerens hoved. Brug et målebånd til at udføre målinger af nasion-inion, tragus-tragus og hovedomkreds baseret på standard kraniale landemærker. Identificer og markér hovedbundens toppunkt med en pen i skæringspunktet mellem midtsagittale (nasion-inion) og interaurale (tragus-tragus) linjer28.
    3. Placer tangentielt til hovedbunden den første lille ottetalsspole (indvendig diameter: 40 mm) over det formodede håndområde på venstre M1 (spoleM1), som er 5 cm lateral fra toppunktet, med håndtaget pegende bagud og lateralt i en 45 ° vinkel til midtsagittallinjen, hvilket resulterer i en posterior-anterior strømstrøm (monofasisk strømbølgeform). Denne orientering svarer til en maksimal induceret strøm, der strømmer inden for M1 inden for M129.
    4. Sørg for, at placeringen af spolenM1 er optimal i overensstemmelse med de seneste internationale anbefalinger30. Start med at levere et par enkeltimpulser ved 30% af den maksimale stimulatorudgang (% MSO), og kontroller, at stimuleringen producerer en MEP som registreret af EMG-systemet og vist på computerskærmen, der er tilsluttet dataindsamlingssystemet.
      1. Hvis der ikke er nogen synlige reaktioner, skal du gradvist øge stimuleringsintensiteten (5% MSO-intervaller), indtil MEP'erne observeres. Test derefter fire steder omkring det første sted ved at levere flere impulser. Bestem den gennemsnitlige MEP-amplitude fra top til top for hvert sted.
      2. Vælg det sted, hvor den gennemsnitlige MEP-amplitude fra top til top er højest. Dette er den såkaldte hotspot-placering for deltageren30. Marker spolensM1-placering på hætten for at sikre korrekt spoleplacering under hele eksperimentet.
  4. Hvilemotortærskel (rMT) og TMS-intensiteter
    1. Bestem hvilemotortærsklen (rMT) defineret som TMS-intensiteten, der giver en 50% sandsynlighed for at fremkalde en MEP23,30.
      1. Brug det tilgængelige online freeware (TMS Motor Threshold Assessment Tool, MTAT 2.1), som er baseret på en parameterestimering med maksimal sandsynlighed ved hjælp af en sekventiel teststrategi29. Stimuleringssekvensen starter altid med intensiteten indstillet til 37 % MSO.
      2. Lad en eksperimentator holde spolenM1, mens en anden angiver, om MEP-amplituden er > 0,05 mV. Den prædiktive algoritme bestemmer derefter den næste stimuleringsintensitet, der skal leveres, og stoppes efter 20 stimuleringer, hvilket giver tilstrækkelig nøjagtighed til rMT-estimeringen ifølge tidligere undersøgelser 31-34.
    2. Indstil %MSO til konditionering og testpulsstimulering. Brug deltagerens tidligere bestemte rMT-værdi.
      BEMÆRK: Her blev intensiteten for den første konditioneringsstimulering (spole-DLPFC) sat til 110% af rMT19,20. Intensiteten af teststimuleringen (spoleM1) blev sat til 120% af rMT, en intensitet, der adskiller sig lidt fra tidligere undersøgelser, der brugte en TS-intensitet, der fremkaldte en MEP på ~ 1 mV hos alle deltagere19,20 . Denne faste intensitet fra top til spids forekommer på meget forskellige punkter på input-output-rekrutteringskurverne på grund af den store variation mellem forsøgspersoner i motorisk output35. Derfor kunne stimuleringsintensiteten optimeres ved hjælp af 120% RMT-intensitet på tværs af individer.
  5. TMS spoleDLPFC positionering
    1. Tilslut denne spole til B-stimulatoren (figur 1).
    2. Brug den nyligt opdaterede hovedbundsheuristik til at lokalisere hovedbundens område svarende til venstre DLPFC36,37 for at estimere placeringen af den anden lille ottetalsspole (indvendig diameter: 40 mm) over DLPFC (spoleDLPFC). Download online Excel-regnearksberegningsværktøjet36, og indtast nasion-inion og tragus-tragus-tragus afstande og hovedomkredsen i centimeter som input. Rapporter XLA og YLA afstandene direkte på deltagerens hoved.
    3. Placer spolenDLPFC tangentielt til hovedbunden over den formodede venstre DLPFC-placering, med håndtaget pegende nedad og sideværts i en vinkel på -45° i forhold til midtsagittallinjen. Marker spolensDLPFC-placering på hætten for at sikre korrekt spoleplacering under hele eksperimentet.
      BEMÆRK: Denne hovedbundsbaserede målretningsmetode for både spoleM1 ogspole DLPFC-placeringer er ikke optimal. Faktisk er det kendt for at være mindre nøjagtigt end neuronavigationsmetoden, der bruges til at målrette hjernens interesseområder baseret på individuel T1 anatomisk magnetisk resonansbilleddannelse (MRI)38.
  6. Forsinkelse mellem konditionerings- og testimpulser: Indstil denne forsinkelse til 10 ms på pulsgeneratorenheden.
    BEMÆRK: Her er forsinkelsen fastsat til 10 ms baseret på tidligere undersøgelser, der viser en hæmmende indflydelse fra venstre DLPFC til venstre M1 ved dette interval19,20. Denne hæmmende virkning observeret ved 10 ms skyldes sandsynligvis aktiveringen af de basale ganglier via DLPFC-projektionerne til præ-SMA, hvorved den udøver en indirekte indflydelse på M139. Forsinkelsen kan justeres i koden efter brugerens behov. For eksempel kan et længere interstimuleringsinterval (dvs. 25 ms) bruges til at undersøge polysynaptiske indirekte kortiko-subkortikale-kortikale kredsløb, der forbinder DLPFC til M119. Desuden er differentielle faciliterende/hæmmende påvirkninger blevet påvist ved anvendelse af dual-site ppTMS mellem flere kortikale områder med intervaller fra 1 ms til 150 ms40,41. Det faktum, at intervallet kan justeres, åbner således vejen for en bred vifte af muligheder for fremtidige forskningsundersøgelser.
  7. Olfactometer-indstillinger
    1. Vælg lugtstoffer med behagelige og ubehagelige hedoniske værdier. Fortynd på forhånd lugtstofferne individuelt i mineralolie for at skabe iso-intens opfattelse.
      BEMÆRK: Her var udvælgelsen og koncentrationen af lugtstoffer (dvs. isoamylacetat og smørsyre fortyndet til henholdsvis 0,6% og 0,11% vol / vol koncentrationer) baseret på tidligere undersøgelser foretaget af vores gruppe ved hjælp af samme olfactometeropsætning og lugtstoffer42,43. En pilotundersøgelse bekræfter, at de positive og de negative lugte ikke adskiller sig med hensyn til intensitet, men var modsatte i hedonisk værdi. I kontroltilstanden (dvs. intet lugtstof) leveres kun luftstrøm til deltageren.
    2. Skriv koden for at levere lugtstofferne. For hvert forsøg angives forsøgets samlede varighed, det lugtstof, der skal leveres, lugtregulatorens strømningshastighed (i milliliter pr. minut), strømningshastigheden for bæreluftregulatoren (i milliliter pr. minut) og sugeregulatorens strømningshastighed.
      BEMÆRK: Rækkefølgen af det leverede lugtstof kan randomiseres mellem positiv, negativ og ingen lugt. Her har hvert forsøg en varighed på 12 s. Ordren af lugt leveret var pseudo-randomiseret. Derudover blev strømningshastigheden for lugtregulatoren baseret på et pilotforsøg indstillet til 200 ml / min, strømningshastigheden for bæreluftregulatoren ved 500 ml / min og sugeregulatorens strømningshastighed ved 100 ml / min.
    3. Placer næsekanylen nær deltagerens næsebor for at måle nasal vejrtrækning. Instruer deltageren i at trække vejret normalt gennem næsen.
    4. Tænd for den bærbare luftkompressor, olfactometerkassen og pc'en, der indeholder softwaren. Kontroller alle kabeltilslutninger (figur 1).
      BEMÆRK: Det olfactometer, der anvendes i den aktuelle undersøgelse, er beskrevet detaljeret i en tidligere publikation44 , men er blevet ændret her for at tillade TMS-udløsning med variable forsinkelser efter inspirationsdebutdetektion. Kort fortalt består enheden af flere moduler, herunder 1) en luftkilde og luftbehandlingssystem, der kommer fra en bærbar luftkompressor, 2) et stimuleringssystem inklusive elektroniske og pneumatiske enheder, 3) et hjemmelavet blandehoved koblet til et leveringssystem, der tillader diffusion af lugtstoffer i deltagerens næse, 4) et respiratorisk sensorisk system, der udløser olfactometeret i henhold til nasal respirationsmåling med en næsekanyle og 5) en software Kontrolsystem44.
    5. Kalibrering: Fortsæt til kalibreringsfasen (ca. 20 s.), som gør det muligt at kalibrere deltagerens åndedrætssignal og justere detektionstærsklerne for ekspiratoriske og inspirerende faser. I denne software er ekspiratorisk fase positiv, og den inspirerende fase er negativ.
    6. Lugthedoniske og intensitetsvurderinger: Lever de to lugtstoffer i en tilfældig rækkefølge og bed deltagerne om at bedømme den hedoniske værdi og intensitet af hvert lugtstof på visuelle analoge skalaer, der spænder fra 1 "slet ikke behageligt" til 9 "ekstremt behageligt" og fra 1 "slet ikke intens" til "ekstremt intens."
  8. Kombination af olfactometer og TMS: Indstil forsinkelsen mellem detekteringen af inspirationsfasen og udløseren til afsendelse af TMS til 600 ms.
    BEMÆRK: Indstillingen af forsinkelsen er vigtig og skal bestemmes i henhold til litteraturen og brugerens behov. I denne protokol blev forsinkelsen sat til 600 ms, hvilket har vist sig at være den maksimale bevidste perceptuelle repræsentation af lugt45. For enkeltpuls TMS-tilstand aktiverer denne udløser straks A-stimulatoren, og en puls leveres af spolen, der er placeret på venstre M1 for at fremkalde en ubetinget MEP. For TMS-tilstand med dobbelt spole sendes denne udløser til to forskellige enheder (via to koaksialkabler forbundet med en T-forbindelse): den første aktiverer straks B-stimulatoren, og en konditioneringspuls leveres af spolen placeret på venstre DLPFC; den anden modtages af en pulsgenerator, som gør det muligt at inducere en fast forsinkelse, før A-stimulatoren aktiveres, hvorved der leveres en teststimulering gennem spolen, der er placeret på venstre M1, for at fremkalde en konditioneret MEP (figur 1).

Figure 1
Figur 1: Eksperimentel opsætning. De fede linjer repræsenterer pneumatiske forbindelser. En luftkompressor er forbundet til olfactometeret for at generere forskellige luftstrømme. En regulator styrer trykket, og indgangsluftstrømmen ledes til 3 kanaler (gennem 3 masseregulatorer): en til lufttransportøren (blå linje), en til aspirationssystemet (brun linje) til rengøring og hjælp til at kontrollere stimuleringstiden og den sidste til lugtstofferne44. To U-formede rør indeholder lugtstofferne (grøn: behagelig; rød: ubehagelig), hvor de konditioneres under tryk i mættet damptilstand, hvilket sikrer en lugtet luftstrøm med stabil intensitet over tid. Blandehovedet bruges til at blande de rene og lugtede luftstrømme. Luftstrømmen (lugtet eller ren) leveres til næseborene gennem to rør (grå linjer) fastgjort til en næsekanyle, som også bruges til at registrere nasal vejrtrækning (lilla linje). Baseret på åndedrætssignalet, så snart indåndingsfasen detekteres, sendes der for spTMS-tilstanden en udløser til en pulsgeneratoranordning, der bruges til at indstille en forsinkelse (her: 10 ms), derefter til en TMS-stimulator A forbundet til spoleM1 påført over venstre M1-håndmuskelrepræsentation, mens TMS-stimulatoren B er slukket. For dsTMS-tilstanden sendes en udløser straks til TMS-stimulatoren B, der er tilsluttet CoilDLPFC påført over venstre DLPFC, og pulsgeneratorenheden bruges til at indstille en forsinkelse (her: 10 ms), før TMS-stimulatoren A udløses, der er tilsluttet CoilM1. Åndedrætssignalet og MEP-amplituden erhvervet af EMG-systemet registreres af software installeret på en pc. Klik her for at se en større version af denne figur.

3. Målinger

  1. Kør det specialfremstillede kodningsscript i olfactometersoftwaren (se trin 2.7.2) for at levere alle kombinationer af spTMS og dsTMS med behagelige og ubehagelige lugte og ingen lugt, der forekommer i tilfældig rækkefølge.
    BEMÆRK: Her blev der registreret 20 forsøg for hver tilstand (120 forsøg i alt). Eksperimentet blev opdelt i 6 blokke med 20 forsøg hver. Antallet af forsøg for hver tilstand kan ændres i henhold til brugerens behov.

4. Dataanalyser

  1. For hver deltager, betingelse og forsøg udtrækkes MEP-amplituden fra top til top. Dette kan gøres ved hjælp af en af de open source-værktøjskasser, der er tilgængelige online46,47.
  2. Normaliser dataene ved at beregne et MEP-forhold, der udtrykker MEP'er fremkaldt af teststimuleringen i dsTMS-forsøg i forhold til MEP'er fremkaldt af teststimuleringen i spTMS-forsøg12. Gør dette separat for hver deltager og for hver lugttilstand (dvs. ingen lugt, positiv lugt og negativ lugt). Efter denne procedure fortolkes resultaterne som følger: MEP-forhold over 1 indikerer DLPFC's facilitatoriske indflydelse på M1, mens MEP-forhold under 1 indikerer DLPFC's hæmmende indflydelse på M1.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De repræsentative data, der præsenteres her, afspejler optagelser fra deltagere efter at have gennemført den trinvise protokol ovenfor for at give et foreløbigt indblik i, hvad vi kan forvente.

Figur 2 viser et eksempel på en repræsentativ deltagers åndedrætssignaler optaget med olfactometersoftwaren. De ekspiratoriske og inspirerende faser opdages godt, når tærsklerne overskrides. Lugtstoffet udløses umiddelbart efter udløbsfasetærsklen og diffunderer i 5 s. TMS-pulsen udløses med en forsinkelse (600 ms) efter inspirationsfasetærsklen.

Dette resultat viser, at den metode, der er udviklet her, præcist kan synkronisere lugtdiffusion og TMS-timing i henhold til menneskelige nasale vejrtrækningsfaser.

Figure 2
Figur 2: Eksempel på rådata fra respiratoriske optagelser for en repræsentativ deltager. Udløbsfasen registreres, når en tærskel (repræsenteret af den røde linje) krydses. Inspirationsfasen registreres, når en tærskel (repræsenteret af den blå linje) krydses. Lugtstoffet udløses umiddelbart efter udløbsfasetærsklen og diffunderer i 5 s, som vist med den grønne linje. TMS-pulsen udløses med en forsinkelse (600 ms) efter inspirationsfasetærsklen. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figur 3 illustrerer resultaterne opnået fra EMG-dataoptagelser fra højre FDI-muskel (MEP-optagelser) i henhold til betingelserne (spTMS og dsTMS) og lugthedoniske værdier (ikke-lugtende, positive lugtstoffer og negative lugtstoffer) for en repræsentativ deltager. MEP'ernes peak-to-peak-amplitude fremkaldt af spTMS (figur 3A) og dsTMS (figur 3B) varierede alt efter lugtstoffets hedoniske værdi. Når resultaterne er normaliseret (figur 3C), er alle MEP-forhold under 1, hvilket indikerer en undertrykkende effekt af venstre DLPFC på venstre M1. Dette resultat viser, at den her udviklede metode tillader undersøgelser af modulationer af kortikospinal excitabilitet og effektiv forbindelse, der opstår under behagelig og ubehagelig lugtopfattelse, alt sammen leveret på en synkroniseret måde med menneskelig nasal vejrtrækning. Disse resultater er foreløbige og fortjener yderligere undersøgelse for at konkludere om de specifikke virkninger af lugthedoniske værdier på kortikospinal excitabilitet og effektiv forbindelse.

Figure 3
Figur 3: Eksempel på typiske raw-optagelser fra en deltagers højre FDI-muskel. (A) spTMS-tilstand med positivt lugtstof (grønt), negativt lugtstof (orange) og lugtfri tilstand (grå). (B) dsTMS-tilstand med positiv lugtstof (grøn), negativ lugtstof (orange) og lugtfri tilstand (grå). C) MEP-forhold opnået efter normaliseringsproceduren for en repræsentativ deltager. De tre MEP-forhold er under 1, hvilket indikerer DLPFC's hæmmende indflydelse på M1. Rå MEP-spor repræsenterer en enkelt prøveoptagelse. Søjlediagrammer viser middelværdien, standardafvigelsen og den individuelle MEP-værdi af de 20 forsøg, der blev opnået i hver tilstand. Klik her for at se en større version af denne figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Protokollen ovenfor beskriver en ny metode, der kombinerer brugen af et åndedrætssynkroniseret olfactometer med enkelt- og dobbeltspole-TMS for at undersøge ændringer i kortikospinal excitabilitet og effektiv forbindelse afhængigt af lugtstoffernes hedoniske værdi. Denne opsætning giver mulighed for objektivt at skelne behagelighedsværdien af et lugtstof hos en given deltager, hvilket indikerer lugtstoffets biologiske indvirkning på hjernens effektive forbindelse og reaktivitet. De kritiske trin i denne protokol involverer både TMS-parametre (placering, intensiteter) og olfactometerparametre (valg af lugtstof, timing i forhold til åndedrætsfaser).

Denne kombination af spTMS og dsTMS med et olfactometer kan tilpasses på mange måder, afhængigt af brugerens behov, og har klare metodiske fordele. Som nævnt i indledningen syntes to metodologiske aspekter afgørende for en mere dybtgående undersøgelse af det mekanistiske grundlag for interaktionerne mellem olfaktoriske og motoriske systemer. Den første var muligheden for at præsentere forskellige lugtforhold (behagelig / ubehagelig / ingen lugt) inden for samme eksperimentelle fase. Dette er nu muligt, fordi det er muligt at specificere på forsøgsbasis, hvilket lugtstof der vil blive leveret til emnet med konstant intensitet. Dette er et afgørende punkt, da det giver os mulighed for at eliminere de systematiske intra-individuelle ændringer i MEP-amplitude inden for og mellem stimulusblokke observeret i tidligere undersøgelser, selv ved relativt lange interstimulusintervaller48,49.

Faktisk tillader anvendelsen af en TMS-puls på M1 kvantificering af de observerede ændringer i kortikospinal excitabilitet med ubestridelig tidsmæssig nøjagtighed. Imidlertid kan et meget stort antal faktorer modulere kortikospinal excitabilitet, og disse skal kontrolleres så meget som muligt. For eksempel ændrer den enkle kendsgerning om frivillig inspiration eller udånding (en motorisk handling) kortikospinal excitabilitet af ikke-respiratoriske fingermuskler50.

Den anden var muligheden for at kontrollere og synkronisere flere faktorer med åndedrætsfaserne. Disse inkluderer den præcise varighed og timing af lugtdiffusion til deltagerne og timingen af TMS-pulsen. Endnu vigtigere er det, at disse forskellige parametre kan ændres efter brugerens behov, hvilket åbner vejen for fremtidige undersøgelser.

Den metode, der præsenteres her, åbner vejen for en bred vifte af fremtidig forskning og bredere spørgsmål inden for olfaktion. For det første har ingen undersøgelse endnu undersøgt den tidsmæssige præcision af moduleringen af kortikospinal excitabilitet som reaktion på en olfaktorisk stimulus. Er denne modulation meget tidlig (dvs. før fremkomsten af perceptuelle lugtrepræsentationer, anslået til at være mellem 300 ms og 500 ms efter lugtdebut45) eller senere (dvs. når lugtrepræsentationer udvides til større områder forbundet med følelsesmæssig, semantisk og hukommelsesbehandling45)? Er tidspunktet for ændringer i kortikospinal excitabilitet det samme afhængigt af lugtens hedoniske værdi? Ubehagelige lugte, såsom smerte, signalerer ofte potentiel fare, fremkalder en hurtigere reaktion for hurtigt at undgå eller undslippe negative situationer51,52 og modulerer således kortikospinal excitabilitet tidligere end positive lugte. Dette forbliver dog spekulativt. Ved at levere TMS-pulsen på forskellige tidspunkter efter begyndelsen af både positive og negative lugte og sammenligne ændringerne i kortikospinal excitabilitet kan den nuværende protokol løse dette spørgsmål. Selvom fokus i denne protokol var på modulering af kortikospinal excitabilitet ved at målrette M1, kan TMS-teknikken på grund af sin høje tidsmæssige opløsning også bruges til at undersøge årsagssammenhængene mellem hjerne og adfærd og tidsforløbet for andre områder under olfaktoriske processer på grund af dens høje tidsmæssige opløsning53. På samme måde evaluerede vi i den nuværende protokol den effektive forbindelse mellem DLPFC og M1, fordi der er beviser i litteraturen for, at modulationer af denne forbindelse kan forekomme under lugtopfattelse. Andre kortikokortikale eller kortiko-subkortikale-kortikale netværk kan dog moduleres under olfaktions- eller motorstyringsprocesser, og forbindelsen inden for disse netværk kan let vurderes med denne nye metode. Den eneste ændring ville så være placeringen af spolerne mod de målrettede kortikale områder. For eksempel har den orbitofrontale cortex vist sig at være involveret i kodning for lugthedonisk værdi og lugtopfattelse54, og en nylig TMS-undersøgelse med to steder viste, at dette område har en hæmmende indflydelse på M1 i hvile12. Undersøgelse af ændringer i den effektive forbindelse mellem den orbitofrontale cortex og M1 under opfattelsen af positive og negative lugte er en interessant studievej for en bedre forståelse af mekanismerne bag interaktionerne mellem olfaktoriske og motoriske systemer.

Derudover foreslår denne metode en ny måde til pålideligt at vurdere lugthedonisk opfattelse på en ikke-verbal eller bevidst måde. Dette kunne bane vejen for kliniske undersøgelser med det formål at forstå unormale interaktioner mellem behandling i olfaktoriske og motoriske systemer. For eksempel kan den nuværende metode anvendes til patienter med neuropsykiatriske lidelser såsom større depressiv lidelse (MDD), som har været forbundet med ændringer i olfaktorisk funktion, herunder hedonisk opfattelse af lugt og maladaptiv tilgang og undgåelsesadfærd55. Da venstre DLPFC desuden har vist sig at være hypoaktiv hos MDD-patienter56, og DLPFC-M1-forbindelsen moduleres under tilgangsundgåelsesadfærd19, kan kombinationen af TMS og et olfactometer være et lovende potentielt værktøj til at belyse neurofysiologiske indikatorer for dysfunktionel forbindelse mellem DLPFC og M1 hos MDD-patienter. Neurofysiologiske fund kan derefter korreleres med klinisk symptomatologi, såsom sværhedsgraden af depression eller olfaktorisk anhedonia score, defineret som den reducerede evne til at opleve glæde, der findes hos patienter med MDD57. Endelig, hvis abnormiteter i effektiv forbindelse afsløres hos disse patienter ved hjælp af metoden præsenteret her og korrelerer med kliniske symptomer, kan dual-site TMS bruges gentagne gange til at neuromodulere DLPFC-M1-forbindelse og forbedre kliniske symptomer, en protokol kaldet parret-associativ kortiko-kortikal stimulering58,59.

Selvom den nuværende metode og resultater giver et proof of concept for fremtidige undersøgelser af de neurale mekanismer, der ligger til grund for interaktionerne mellem det olfaktoriske og motoriske system, skal nogle begrænsninger og overvejelser nævnes. For det første skal de målrettede hjerneområder for at øge målingernes pålidelighed og reproducerbarhed være præcist baseret på anatomiske og funktionelle områder (dette gælder især for DLPFC-målet). For det andet, som nævnt ovenfor og som demonstreret af E-field computational modeling, er den hovedbundsbaserede målretningsmetode, der bruges til at placere spolerne, suboptimal sammenlignet med MR-vejledning60. For at maksimere nøjagtigheden og præcisionen af TMS-positionering skal der anvendes et neuronavigationssystem, der registrerer patientens hoved og strukturel magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) scanning og giver feedback i realtid om spolepositionen38. Derudover har beregningsmæssig E-feltdosimetri vist sig at give mere effektiv og fokuseret stimulering ved at bestemme den individuelle spoleplacering, der maksimerer E-feltlevering til et specifikt hjernemål61. Et tredje punkt at overveje, når man fortolker resultaterne relateret til MEP-amplitude. Faktisk er MEP-amplitude kendt for at afspejle iboende forskellige neurale input til kortikospinalcellerne, herunder transkortikale elementer, og aktiviteten af spinal motoneuronpuljen 62,63,64. Derfor giver moduleringen af kortikospinal excitabilitet og effektiv forbindelse observeret under udsættelse for en behagelig lugt et delvist billede af de mere komplekse supraspinale og spinale netværk, der sandsynligvis vil være involveret i moduleringen af MEP-amplituden. Resultaterne skal fortolkes med forsigtighed.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

JB er bestyrelsesmedlem i Brain Stimulation Section (STEP) i den franske sammenslutning af biologisk psykiatri og neuropsykofarmakologi (AFPBN), af European Society of Brain Stimulation (ESBS), og rapporterer akademiske forskningsbevillinger inden for hjernestimulering fra CIHR (Canada), ANR og PHRC (Frankrig). Andre forfattere har intet at afsløre.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af Fondation de France, Grant N°: 00123049/WB-2021-35902 (et tilskud modtaget af J.B. og N.M.). Forfatterne vil gerne takke Fondation Pierre Deniker for dens støtte (bevilling modtaget af C.N.) og personalet på Neuro-Immersion-platformen for deres værdifulde hjælp med at designe opsætningen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acquisition board (8 channels)  National Instrument NI USB-6009 
Air compressor Jun-Air  Model6-15
Alcohol prep pads Any
Butyric acid Sigma-Aldrich B103500 Negative odorant
Desktop computer Dell Latitude 3520
EMG system Biopac System MP150
Isoamyl acetate Sigma-Aldrich W205508 Positive odorant
Nasal cannula SEBAC France O1320
Programmable pulse generator A.M.P.I  Master-8
Surface electrodes Kendall Medi-trace FS327
TMS coil (X2) MagStim D40 Alpha B.I. coil 
TMS machine MagStim Bistim2
Tube 6 mm x 20 m Radiospare 686-2671 Pneumatic connection
USB-RS232 Radiospare 687-7806
U-shaped tubes VS technologies VS110115

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Chalençon, L., Thevenet, M., Noury, N., Bensafi, M., Mandairon, N. Identification of new behavioral parameters to assess odorant hedonic value in humans: A naturalistic approach. Journal of Neuroscience Methods. 366, 109422 (2022).
  3. Infortuna, C., et al. Motor cortex response to pleasant odor perception and imagery: The differential role of personality dimensions and imagery ability. Frontiers in Human Neuroscience. 16, 943469 (2022).
  4. Ozaki, I., Kurata, K. The effects of voluntary control of respiration on the excitability of the primary motor hand area, evaluated by end-tidal CO2 monitoring. Clinical Neurophysiology. 126 (11), 2162-2169 (2015).
  5. Boroojerdi, B., Battaglia, F., Muellbacher, W., Cohen, L. G. Voluntary teeth clenching facilitates human motor system excitability. Clinical Neurophysiology. 111 (6), 988-993 (2000).
  6. Rossi, S., et al. Distinct olfactory cross-modal effects on the human motor system. PLOS One. 3 (2), e1702 (2008).
  7. Neige, C., Rannaud Monany, D., Lebon, F. Exploring cortico-cortical interactions during action preparation by means of dual-coil transcranial magnetic stimulation: A systematic review. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 128 (October 2020), 678-692 (2020).
  8. Koch, G. Cortico-cortical connectivity: the road from basic neurophysiological interactions to therapeutic applications. Experimental Brain Research. 238 (7-8), 1677-1684 (2020).
  9. Derosiere, G., Vassiliadis, P., Duque, J. Advanced TMS approaches to probe corticospinal excitability during action preparation. NeuroImage. 213 (November 2019), 116746 (2020).
  10. Goldenkoff, E. R., Mashni, A., Michon, K. J., Lavis, H., Vesia, M. Measuring and manipulating functionally specific neural pathways in the human motor system with transcranial magnetic stimulation. Journal of Visualized Experiments JoVE. 156, 60706 (2020).
  11. Malderen, S. V., Hehl, M., Verstraelen, S., Swinnen, S. P., Cuypers, K. Dual-site TMS as a tool to probe effective interactions within the motor network: a review. Reviews in the Neurosciences. 34 (2), 129-221 (2023).
  12. Neige, C., et al. Connecting the dots: Harnessing dual-site transcranial magnetic stimulation to assess the causal influence of medial frontal areas on the motor cortex. Cerebral Cortex. , bhad370 (2023).
  13. Ferbert, A., Priori, A., Rothwell, J. C., Day, B. L., Colebatch, J. G., Marsden, C. D. Interhemispheric inhibition of the human motor cortex. The Journal of physiology. 453, 525-546 (1992).
  14. Rothwell, J. C. Using transcranial magnetic stimulation methods to probe connectivity between motor areas of the brain. Human Movement Science. 30 (5), 906-915 (2011).
  15. Carlson, H., Leitão, J., Delplanque, S., Cayeux, I., Sander, D., Vuilleumier, P. Sustained effects of pleasant and unpleasant smells on resting state brain activity. Cortex. 132, 386-403 (2020).
  16. Farruggia, M. C., Pellegrino, R., Scheinost, D. Functional connectivity of the chemosenses: A review. Frontiers in Systems Neuroscience. 16, 865929 (2022).
  17. Hasan, A., Galea, J. M., Casula, E. P., Falkai, P., Bestmann, S., Rothwell, J. C. Muscle and timing-specific functional connectivity between the dorsolateral prefrontal cortex and the primary motor cortex. Journal of Cognitive Neuroscience. 25 (4), 558-570 (2013).
  18. Brown, M. J. N., Goldenkoff, E. R., Chen, R., Gunraj, C., Vesia, M. Using dual-site transcranial magnetic stimulation to probe connectivity between the dorsolateral prefrontal cortex and ipsilateral primary motor cortex in humans. Brain Sciences. 9 (8), 177 (2019).
  19. Xia, X., et al. Connectivity from ipsilateral and contralateral dorsolateral prefrontal cortex to the active primary motor cortex during approaching-avoiding behavior. Cortex. 157, 155-166 (2022).
  20. Wang, Y., Cao, N., Lin, Y., Chen, R., Zhang, J. Hemispheric differences in functional interactions between the dorsal lateral prefrontal cortex and ipsilateral motor cortex. Frontiers in Human Neuroscience. 14, 1-6 (2020).
  21. Gabbott, P. L. A., Warner, T. A., Jays, P. R. L., Salway, P., Busby, S. J. Prefrontal cortex in the rat: Projections to subcortical autonomic, motor, and limbic centers. Journal of Comparative Neurology. 492 (2), 145-177 (2005).
  22. Yeterian, E. H., Pandya, D. N., Tomaiuolo, F., Petrides, M. The cortical connectivity of the prefrontal cortex in the monkey brain. Cortex. 48 (1), 58-81 (2012).
  23. Rossi, S., et al. Safety and recommendations for TMS use in healthy subjects and patient populations, with updates on training, ethical and regulatory issues: Expert guidelines. Clinical Neurophysiology. 132 (1), 269-306 (2021).
  24. Joussain, P., et al. Application of the European Test of Olfactory Capabilities in patients with olfactory impairment. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology. 273 (2), 381-390 (2016).
  25. Oldfield, R. C. The assessment and analysis of handedness: The Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 9 (1), 97-113 (1971).
  26. Daligadu, J., Haavik, H., Yielder, P. C., Baarbe, J., Murphy, B. Alterations in cortical and cerebellar motor processing in subclinical neck pain patients following spinal manipulation. Journal of Manipulative and Physiological Therapeutics. 36 (8), 527-537 (2013).
  27. Andersen, K. W., Siebner, H. R. Mapping dexterity and handedness: recent insights and future challenges. Current Opinion in Behavioral Sciences. 20, 123-129 (2018).
  28. Fried, P. J., et al. Training in the practice of noninvasive brain stimulation: Recommendations from an IFCN committee. Clinical Neurophysiology. 132 (3), 819-837 (2021).
  29. Mills, K. R., Boniface, S. J., Schubert, M. Magnetic brain stimulation with a double coil: the importance of coil orientation. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 85 (1), 17-21 (1992).
  30. Rossini, P. M., et al. Non-invasive electrical and magnetic stimulation of the brain, spinal cord, roots and peripheral nerves: Basic principles and procedures for routine clinical and research application. An updated report from an I.F.C.N. Committee. Clinical Neurophysiology. 126 (6), 1071-1107 (2015).
  31. Awiszus, F. TMS and threshold hunting. Supplements to Clinical Neurophysiology. 56, 13-23 (2003).
  32. Awiszus, F. Using relative frequency estimation of transcranial magnetic stimulation motor threshold does not allow to draw any conclusions about true threshold. Clinical Neurophysiology. 125 (6), 1285-1286 (2014).
  33. Ah Sen, C. B., Fassett, H. J., El-Sayes, J., Turco, C. V., Hameer, M. M., Nelson, A. J. Active and resting motor threshold are efficiently obtained with adaptive threshold hunting. PLoS One. 12 (10), 1-9 (2017).
  34. Neige, C., Rannaud Monany, D., Stinear, C. M., Byblow, W. D., Papaxanthis, C., Lebon, F. Unravelling the modulation of intracortical inhibition during motor imagery: An adaptive threshold-hunting study. Neuroscience. 434, 102-110 (2020).
  35. Burke, D., Pierrot-Deseilligny, E. Caveats when studying motor cortex excitability and the cortical control of movement using transcranial magnetic stimulation. Clinical Neurophysiology. 121 (2), 121-123 (2010).
  36. Mir-Moghtadaei, A., et al. Updated scalp heuristics for localizing the dorsolateral prefrontal cortex based on convergent evidence of lesion and brain stimulation studies in depression. Brain Stimulation. 15 (2), 291-295 (2022).
  37. Siddiqi, S. H., et al. Brain stimulation and brain lesions converge on common causal circuits in neuropsychiatric disease. Nature Human Behaviour. 5 (12), 1707-1716 (2021).
  38. Caulfield, K. A., Fleischmann, H. H., Cox, C. E., Wolf, J. P., George, M. S., McTeague, L. M. Neuronavigation maximizes accuracy and precision in TMS positioning: Evidence from 11,230 distance, angle, and electric field modeling measurements. Brain Stimulation. 15 (5), 1192-1205 (2022).
  39. Cao, N., et al. Plasticity changes in dorsolateral prefrontal cortex associated with procedural sequence learning are hemisphere-specific. NeuroImage. 259, 119406 (2022).
  40. Brown, M. J. N., et al. Somatosensory-motor cortex interactions measured using dual-site transcranial magnetic stimulation. Brain Stimulation. 12 (5), 1229-1243 (2019).
  41. Fiori, F., Chiappini, E., Candidi, M., Romei, V., Borgomaneri, S., Avenanti, A. Long-latency interhemispheric interactions between motor-related areas and the primary motor cortex: a dual site TMS study. Scientific reports. 7 (1), 14936 (2017).
  42. Fournel, A., Ferdenzi, C., Sezille, C., Rouby, C., Bensafi, M. Multidimensional representation of odors in the human olfactory cortex. Human Brain Mapping. 37 (6), 2161-2172 (2016).
  43. Midroit, M., et al. Neural processing of the reward value of pleasant odorants. Current Biology. 31 (8), 1592-1605.e9 (2021).
  44. Sezille, C., Messaoudi, B., Bertrand, A., Joussain, P., Thévenet, M., Bensafi, M. A portable experimental apparatus for human olfactory fMRI experiments. Journal of Neuroscience Methods. 218 (1), 29-38 (2013).
  45. Kato, M., et al. Spatiotemporal dynamics of odor representations in the human brain revealed by EEG decoding. Proceedings of the National Academy of Sciences. 119 (21), e2114966119 (2022).
  46. Jackson, N., Greenhouse, I. VETA: An open-source Matlab-based toolbox for the collection and analysis of electromyography combined with transcranial magnetic stimulation. Frontiers in Neuroscience. 13, 975 (2019).
  47. Cunningham, D., Zhang, B., Cahn, A. Transcranial magnetic stimulation (TMS) analysis toolbox: A user friendly open source software for basic and advanced analysis and data sharing of TMS related outcomes. Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation. 14 (6), 1641-1642 (2021).
  48. Julkunen, P., Säisänen, L., Hukkanen, T., Danner, N., Könönen, M. Does second-scale intertrial interval affect motor evoked potentials induced by single-pulse transcranial magnetic stimulation. Brain Stimulation. 5 (4), 526-532 (2012).
  49. Pellicciari, M. C., Miniussi, C., Ferrari, C., Koch, G., Bortoletto, M. Ongoing cumulative effects of single tms pulses on corticospinal excitability: An intra- and inter-block investigation. Clinical Neurophysiology. 127 (1), 621-628 (2016).
  50. Li, S., Rymer, W. Z. Voluntary breathing influences corticospinal excitability of nonrespiratory finger muscles. Journal of Neurophysiology. 105 (2), 512-521 (2011).
  51. Boesveldt, S., Frasnelli, J., Gordon, A. R., Lundström, J. N. The fish is bad: Negative food odors elicit faster and more accurate reactions than other odors. Biological Psychology. 84 (2), 313-317 (2010).
  52. Neige, C., Mavromatis, N., Gagné, M., Bouyer, L. J., Mercier, C. Effect of movement-related pain on behaviour and corticospinal excitability changes associated with arm movement preparation. Journal of Physiology. 596 (14), 2917-2929 (2018).
  53. Bergmann, T. O., Hartwigsen, G. Inferring causality from noninvasive brain stimulation in cognitive neuroscience. Journal of Cognitive Neuroscience. 33 (2), 195-225 (2021).
  54. Kulason, S., et al. A comparative neuroimaging perspective of olfaction and higher-order olfactory processing: on health and disease. Seminars in Cell & Developmental Biology. 129, 22-30 (2022).
  55. Athanassi, A., Dorado Doncel, R., Bath, K. G., Mandairon, N. Relationship between depression and olfactory sensory function: a review. Chemical Senses. 46, bjab044 (2021).
  56. Grimm, S., et al. Imbalance between left and right dorsolateral prefrontal cortex in major depression is linked to negative emotional judgment: An fmri study in severe major depressive disorder. Biological Psychiatry. 63 (4), 369-376 (2008).
  57. Naudin, M., El-Hage, W., Gomes, M., Gaillard, P., Belzung, C., Atanasova, B. State and trait olfactory markers of major depression. PLOS One. 7 (10), e46938 (2012).
  58. Guidali, G., Roncoroni, C., Bolognini, N. Modulating frontal networks' timing-dependent-like plasticity with paired associative stimulation protocols: Recent advances and future perspectives. Frontiers in Human Neuroscience. 15, 658723 (2021).
  59. Hernandez-Pavon, J. C., San Agustín, A., Wang, M. C., Veniero, D., Pons, J. L. Can we manipulate brain connectivity? A systematic review of cortico-cortical paired associative stimulation effects. Clinical Neurophysiology. 154, 169-193 (2023).
  60. Deng, Z. -D., Robins, P. L., Dannhauer, M., Haugen, L. M., Port, J. D., Croarkin, P. E. Optimizing TMS coil placement approaches for targeting the dorsolateral prefrontal cortex in depressed adolescents: An electric field modeling study. Biomedicines. 11 (8), 2320 (2023).
  61. Gomez, L. J., Dannhauer, M., Peterchev, A. V. Fast computational optimization of TMS coil placement for individualized electric field targeting. NeuroImage. 228, 117696 (2021).
  62. Derosiere, G., Duque, J. Tuning the corticospinal system: How distributed brain circuits shape human actions. The Neuroscientist. 26 (4), 359-379 (2020).
  63. Bestmann, S., Krakauer, J. W. The uses and interpretations of the motor-evoked potential for understanding behaviour. Experimental Brain Research. 233 (3), 679-689 (2015).
  64. Reis, J., et al. Contribution of transcranial magnetic stimulation to the understanding of cortical mechanisms involved in motor control. Journal of Physiology. 586 (2), 325-351 (2008).

Tags

Denne måned i JoVE udgave 203 olfaktion lugthedonik primær motorisk cortex dorsolateral præfrontal cortex tilslutningsmuligheder hjernestimulering
Kombination af et åndedrætssynkroniseret olfactometer med hjernesimulering for at studere lugtens indvirkning på kortikospinal excitabilitet og effektiv forbindelse
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Neige, C., Imbert, L., Dumas, M.,… More

Neige, C., Imbert, L., Dumas, M., Athanassi, A., Thévenet, M., Mandairon, N., Brunelin, J. Combining a Breath-Synchronized Olfactometer with Brain Simulation to Study the Impact of Odors on Corticospinal Excitability and Effective Connectivity. J. Vis. Exp. (203), e65714, doi:10.3791/65714 (2024).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter