Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Kombinera en andningssynkroniserad olfaktometer med hjärnsimulering för att studera effekten av lukter på kortikospinal excitabilitet och effektiv anslutning

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

Denna artikel beskriver användningen av en andningssynkroniserad olfaktometer för att utlösa transkraniell magnetisk stimulering (TMS) med en eller två spolar under luktpresentation synkroniserad med mänsklig nasal andning. Denna kombination gör det möjligt för oss att objektivt undersöka hur behagliga och obehagliga lukter påverkar kortikospinal excitabilitet och hjärneffektiv anslutning hos en given individ.

Abstract

Det är allmänt accepterat att luktstimulering framkallar motoriska beteenden, som att närma sig behagliga luktämnen och undvika obehagliga lukter, hos djur och människor. Nyligen har studier med elektroencefalografi och transkraniell magnetstimulering (TMS) visat en stark koppling mellan bearbetning i luktsystemet och aktivitet i den motoriska cortex hos människor. För att bättre förstå interaktionerna mellan lukt- och motorsystemet och för att övervinna några av de tidigare metodologiska begränsningarna utvecklade vi en ny metod som kombinerar en olfaktometer som synkroniserar den slumpmässiga ordningspresentationen av luktämnen med olika hedoniska värden och TMS (enkel- och dubbelspole) som utlöses med nasala andningsfaser. Denna metod gör det möjligt att undersöka modulationerna av kortikospinal excitabilitet och effektiv ipsilateral anslutning mellan den dorsolaterala prefrontala cortex och den primära motoriska cortex som kan uppstå under behaglig och obehaglig luktuppfattning. Tillämpningen av denna metod kommer att göra det möjligt att objektivt urskilja behaglighetsvärdet för ett luktämne hos en given deltagare, vilket indikerar den biologiska effekten av luktämnet på hjärnans effektiva konnektivitet och excitabilitet. Dessutom kan detta bana väg för kliniska undersökningar hos patienter med neurologiska eller neuropsykiatriska störningar som kan uppvisa lukthedoniska förändringar och maladaptiva beteenden för att undvika närmande.

Introduction

Det är allmänt accepterat att luktstimulering framkallar automatiska reaktioner och motoriska beteenden. Till exempel, hos människor, har förekomsten av en undvikande motorisk respons (att luta sig bort från luktkällan) som inträffar 500 ms efter negativ luktdebut nyligen påvisats1. Genom att registrera fritt rörliga mänskliga deltagare som utforskar lukter som kommer från flaskor, visade Chalençon et al. (2022) att motoriska beteenden (dvs. hastighet för att närma sig näsan och dra tillbaka kolven som innehåller luktämnet) är nära kopplade till lukthedonik2. Dessutom har en nära koppling mellan bearbetning i luktsystemet och aktivitet i den motoriska hjärnbarken nyligen påvisats hos människor med hjälp av elektroencefalografi1. Specifikt, cirka 350 ms efter uppkomsten av negativa lukter, observerades en specifik mu-rytmdesynkronisering, känd för att återspegla handlingsförberedande processer, över och inom den primära motoriska cortex (M1), kort följt av en beteendemässig bakåtrörelse1. En annan nyligen genomförd studie visade att exponering för ett behagligt luktämne ökade kortikospinal excitabilitet jämfört med ett tillstånd utan lukt3. I denna studie applicerades transkraniell magnetisk stimulering (spTMS) på M1 för att framkalla en motorframkallad potential (MEP) i en målhandmuskel, registrerad perifert med elektromyografi (EMG) under luktuppfattning. Exponeringen för det behagliga luktämnet tillhandahölls passivt av pappersremsor indränkta med ren eterisk bergamottolja och placerades på en metallhållare under näsan3. I detta sammanhang är det fortfarande oklart om underlättandet av den kortikospinala retbarheten beror på den behagliga luktstimuleringen eller på ospecifika beteendeeffekter som sniffning och sammanbitning av tänderna 4,5. Dessutom är det fortfarande okänt hur ett obehagligt luktämne modulerar M1-excitabilitet som undersöks av TMS.

Sammanfattningsvis belyser detta behovet av att utveckla en metod som erbjuder följande fördelar jämfört med befintliga tekniker som använts i tidigare studier 3,6: (1) randomisering av presentationen av olika lukttillstånd (behaglig/obehaglig/ingen lukt) inom samma experimentella fas, (2) exakt synkronisering av luktpresentation och TMS-timing enligt de mänskliga nasala andningsfaserna (inspiration och utandning) vid studier av det motoriska systemet.

TMS kan också användas som ett verktyg för att undersöka kortiko-kortikala interaktioner, även kallad effektiv konnektivitet, mellan flera kortikala områden och M1 med en hög tidsupplösning 7,8,9,10,11,12. Här använder vi ett dual-site TMS (dsTMS) paradigm, där en första konditioneringsstimulering (CS) aktiverar ett målkortikalt område, och en andra teststimulering (TS) appliceras över M1 med hjälp av en annan spole för att framkalla en MEP. Effekten av CS utvärderas genom att normalisera amplituden för den konditionerade MEP (dsTMS-tillståndet) till amplituden för den okonditionerade MEP (spTMS-tillståndet)13. Sedan indikerar negativa kvotvärden suppressiva kortiko-kortikala interaktioner, medan positiva kvotvärden indikerar underlättande kortikokortikala interaktioner mellan de två stimulerade områdena. dsTMS-paradigmet ger således en unik möjlighet att identifiera karaktären (dvs. underlättande eller undertryckande), styrkan och modulationerna av den effektiva konnektiviteten mellan det föraktiverade området och M1. Det är viktigt att notera att kortiko-kortikala interaktioner återspeglar en komplex balans mellan underlättande och undertryckande som kan moduleras vid olika tidpunkter och mentala tillstånd eller uppgifter 7,14.

Såvitt vi vet har det relativt nya dsTMS-paradigmet aldrig använts för att undersöka kortiko-kortikala interaktioner under luktperception med olika hedoniska värden. Neuroradiologiska studier har dock visat att exponering för behagliga och obehagliga luktämnen inducerar konnektivitetsförändringar i områden som är involverade i känslor, beslutsfattande och handlingskontroll, inklusive det kompletterande motoriska området, den främre cingulate cortex och den dorsolaterala prefrontala cortex (DLPFC)15,16. Faktum är att DLPFC är en nyckelnod som förmedlar känslomässig kontroll, sensorisk bearbetning och aspekter av motorisk kontroll på högre nivå, såsom förberedande processer 17,18,19. Dessutom har både studier på människor och djur gett belägg för att DLPFC har olika neuronala projektioner till M1 17,18,20,21,22. Beroende på sammanhanget kan dessa DLPFC-prognoser antingen underlätta eller hämma M1-aktivitet 7,19,20. Således verkar det möjligt att den effektiva konnektiviteten mellan DLPFC och M1 moduleras under luktpresentationen och att behagliga och obehagliga luktämnen rekryterar separerade kortikala nätverk, vilket leder till en differentierad effekt på DLPFC-M1-konnektiviteten.

Här föreslår vi en ny metod som är lämplig för den metodologiskt rigorösa studien av modulationerna av kortikospinal excitabilitet och effektiv konnektivitet som kan uppstå under uppfattningen av behagliga och obehagliga lukter, allt levererat synkroniserat med mänsklig näsandning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alla försöksmetoder som beskrivs i följande avsnitt har godkänts av en etisk kommitté (CPP Ile de France VII, Paris, Frankrike, protokollnummer 2022-A01967-36) i enlighet med Helsingforsdeklarationen. Alla deltagare gav skriftligt informerat samtycke innan de anmälde sig till studien.

1. Rekrytering av deltagare

  1. Inklusions-/exklusionskriterier.
    1. Inkludera vuxna (> 18 år) deltagare. Undersök alla deltagare för eventuella kontraindikationer för TMS i enlighet med internationella expertriktlinjer23.
    2. Uteslut deltagare med implanterad medicinsk utrustning (t.ex. cochleaimplantat, pacemaker osv.), en personlig eller familjehistoria av kramper, huvudvärk, hjärntrauma och neuroaktiv medicinering. Uteslut deltagare som anses vara "anosmiska" enligt European Test of Olfactory Capabilities24.
  2. Högerhänthet: Kontrollera högerhänthet enligt Edinburgh Handedness Inventory-frågeformuläret25.
    NOT. Det rekommenderas starkt att endast rekrytera högerhänta deltagare i studier som bedömer kortikospinal excitabilitet och effektiv konnektivitet i det motoriska systemet26,27.
  3. Information och informerat samtycke: Ge alla deltagare grundläggande information om studiens mål, procedurer och risker som godkänts av etikkommittén och be dem att underteckna skriftligt informerat samtycke.

2. Experimentellt förfarande

  1. Patientinstallation: Be deltagaren att sitta på en bekväm stol (tandläkarstolstyp) med båda händerna avslappnade och pronerade. Placera paricipantens huvud på ett hakstöd för att minimera huvudets rörelser under stimuleringen.
  2. Elektromyografi inspelningar
    1. Förbered deltagarens hud före applicering av elektroden med hjälp av en exfolierande skrubb för att lätt slipa områdena och rengör områdena med alkoholkuddar där elektroder kommer att appliceras.
    2. Applicera två silver/silverklorid engångsinspelningselektroder med ett buk-senmontage av den första dorsala interosseösa (FDI) muskeln. Lägg till jordelektroden till ulnas styloidprocess (Figur 1).
    3. Anslut elektroderna till amplifier med kablar och datainsamlingssystemet.
    4. Spela in EMG-signalen med ett analog-till-digital-omvandlingssystem (AD). Förstärk och filtrera EMG-signaler (förstärkning = 1000) med en bandbreddsfrekvens mellan 10 Hz och 1 kHz. Digitalisera med en samplingsfrekvens på 2 000 Hz och lagra varje EMG-fil för offlineanalys.
    5. Kontrollera kvaliteten på signalen som visas på datorskärmen som är ansluten till datainsamlingssystemet.
  3. TMS-spoleM1 position.
    1. Anslut denna spole till A-stimulatorn (Figur 1).
    2. Placera en tättslutande mössa över deltagarens huvud. Använd ett måttband för att utföra nasion-inion-, tragus-tragus- och huvudomkretsmätningar baserat på vanliga kraniala landmärken. Identifiera och markera med en penna hårbottens spets i skärningspunkten mellan de mellersta sagittala (nasion-inion) och interaurala (tragus-tragus) linjerna28.
    3. Placera tangentiellt till hårbotten den första lilla åttaformade spolen (innerdiameter: 40 mm) över det förmodade handområdet på vänster M1 (spoleM1), som är 5 cm lateralt från toppen, med handtaget pekande bakåt och i sidled i 45° vinkel mot mittsagittallinjen, vilket resulterar i ett posterior-anteriort strömflöde (monofasisk strömvågform). Denna orientering motsvarar en maximal inducerad ström som flyter inom M1 inom M129.
    4. Se till att placeringen av spolenM1 är optimal, i enlighet med de senaste internationella rekommendationerna30. Börja med att leverera några enstaka pulser vid 30 % av den maximala stimulatoreffekten (%MSO) och kontrollera att stimuleringen producerar en MEP som registreras av EMG-systemet och visas på datorskärmen som är ansluten till datainsamlingssystemet.
      1. Om det inte finns några synliga reaktioner, öka gradvis stimuleringsintensiteten (5 % MSO-steg) tills MEP observeras. Testa sedan fyra platser runt den första platsen genom att leverera flera pulser. Bestäm den genomsnittliga MEP-amplituden från topp till topp för varje plats.
      2. Välj den plats där den genomsnittliga MEP-amplituden från topp till topp är högst. Detta är den så kallade hotspot-platsen för deltagaren30. Markera spolensM1-placering på locket för att säkerställa korrekt spolplacering under hela experimentet.
  4. Vilomotortröskel (rMT) och TMS-intensiteter
    1. Bestäm den vilomotoriska tröskeln (rMT) definierad som TMS-intensiteten som ger en 50-procentig sannolikhet att framkalla en MEPpå 23,30.
      1. Använd det tillgängliga gratisprogrammet online (TMS Motor Threshold Assessment Tool, MTAT 2.1), som är baserat på en uppskattning av parametrar med maximal sannolikhet med hjälp av en strategi för sekventiell testning29. Stimuleringssekvensen börjar alltid med intensiteten inställd på 37 % MSO.
      2. Låt en försöksledare hålla spolenM1 medan en annan indikerar om MEP-amplituden är > 0,05 mV. Den prediktiva algoritmen bestämmer sedan nästa stimuleringsintensitet som ska levereras och stoppas efter 20 stimuleringar, vilket ger tillräcklig noggrannhet för rMT-uppskattningen enligt tidigare studier31-34.
    2. Ställ in %MSO för konditioneringen och testpulsstimuleringen. Använd det tidigare fastställda rMT-värdet för deltagaren.
      OBS: Här var intensiteten för den första konditioneringsstimuleringen (spoleDLPFC) inställd på 110 % av rMT19,20. Intensiteten på teststimuleringen (spoleM1) sattes till 120% av rMT, en intensitet som skiljer sig något från tidigare studier som använde en TS-intensitet som framkallade en MEP på ~1 mV hos alla deltagare19,20 . Denna fasta topp-till-topp-intensitet inträffar vid mycket olika punkter på input-output-rekryteringskurvorna på grund av den höga intersubjektvariabiliteten i motorisk output35. Därför kan stimuleringsintensiteten optimeras med 120 % RMT-intensitet hos individer.
  5. TMS-spoleDLPFC-positionering
    1. Anslut denna spole till B-stimulatorn (Figur 1).
    2. Använd den nyligen uppdaterade skalphuristiken för att lokalisera det område av hårbotten som motsvarar den vänstra DLPFC36,37 för att uppskatta positionen för den andra lilla åttaformade spolen (innerdiameter: 40 mm) över DLPFC (spoleDLPFC). Ladda ner Excel Spreadsheet Calculation Tool36 online och ange nasion-inion och tragus-tragus avstånd och huvudets omkrets i centimeter som indata. Rapportera XLA- och YLA-avstånden direkt på deltagarens huvud.
    3. Placera tangentiellt mot hårbottenspolen DLPFC över den förmodade vänstra DLPFC-platsen, med handtaget pekande nedåt och i sidled i en -45° vinkel mot mittsagittallinjen. Markera spolensDLPFC-placering på locket för att säkerställa korrekt spolplacering under hela experimentet.
      OBS: Denna skalpbaserade inriktningsmetod för både coilM1 ochcoil DLPFC-platser är inte optimal. Faktum är att den är känd för att vara mindre exakt än den neuronavigationsmetod som används för att rikta in sig på de hjärnområden som är av intresse baserat på individuell T1 anatomisk magnetisk resonanstomografi (MRI)38.
  6. Fördröjning mellan konditionerings- och testpulserna: Ställ in denna fördröjning på 10 ms på pulsgeneratorenheten.
    OBS: Här är fördröjningen fastställd till 10 ms baserat på tidigare studier som visar en hämmande påverkan från vänster DLPFC till vänster M1 vid detta intervall19,20. Denna hämmande effekt som observerats vid 10 ms beror sannolikt på aktiveringen av de basala ganglierna via DLPFC-projektionerna till pre-SMA, vilket utövar en indirekt påverkan på M139. Fördröjningen kan justeras i koden efter användarens behov. Till exempel kan ett längre interstimuleringsintervall (dvs. 25 ms) användas för att undersöka polysynaptiska indirekta kortiko-subkortikala-kortikala kretsar som förbinder DLPFC med M119. Dessutom har differentiella underlättande/hämmande influenser påvisats med hjälp av ppTMS på två platser mellan flera kortikala områden, med intervall som sträcker sig från 1 ms till 150 ms40,41. Att intervallet kan justeras öppnar därmed upp för ett brett spektrum av möjligheter för framtida forskningsstudier.
  7. Inställningar för olfaktometer
    1. Välj luktämnen med behagliga och obehagliga hedoniska värden. Späd i förväg ut luktämnena individuellt i mineralolja för att skapa en iso-intensiv uppfattning.
      OBS: Här baserades valet och koncentrationen av luktämnen (dvs. isoamylacetat och smörsyra utspädd till 0,6 % respektive 0,11 % vol/vol-koncentrationer) på tidigare studier av vår grupp med samma olfaktometeruppställning och luktämnen42,43. En pilotstudie bekräftar att de positiva och negativa lukterna inte skiljde sig åt i intensitet utan var motsatta i hedoniskt värde. I kontrolltillståndet (dvs. inget luktämne) levereras endast luftflöde till deltagaren.
    2. Skriv koden för att leverera luktämnena. För varje försök, ange försökets totala varaktighet, luktämnet som ska levereras, flödeshastigheten för luktmedelsregulatorn (i milliliter per minut), flödeshastigheten för bärluftsregulatorn (i milliliter per minut) och flödeshastigheten för sugregulatorn.
      OBS: Ordningen på det levererade luktämnet kan slumpas mellan positiv, negativ och ingen lukt. Här har varje försök en varaktighet på 12 s. Ordningen på lukten som levererades var pseudo-randomiserad. Dessutom, baserat på ett pilotexperiment, ställdes luktregulatorns flödeshastighet in på 200 ml/min, flödeshastigheten för bärluftsregulatorn på 500 ml/min och sugregulatorns flödeshastighet på 100 ml/min.
    3. Placera näskanylen nära deltagarens näsborrar för att mäta näsandningen. Instruera deltagaren att andas normalt genom näsan.
    4. Slå på den bärbara luftkompressorn, olfaktometerhöljet och datorn som innehåller programvaran. Kontrollera alla kabelanslutningar (bild 1).
      OBS: Olfaktometern som används i den aktuella studien har beskrivits i detalj i en tidigare publikation44 men har modifierats här för att tillåta TMS-triggning med varierande fördröjningar efter detektion av inandning. Kortfattat består enheten av flera moduler, inklusive 1) en luftkälla och ett luftbehandlingssystem som kommer från en bärbar luftkompressor, 2) ett stimuleringssystem inklusive elektroniska och pneumatiska enheter, 3) ett hemmagjort blandningshuvud kopplat till ett leveranssystem som möjliggör diffusion av luktämnen i deltagarens näsa, 4) ett andningssensoriskt system som utlöser olfaktometern enligt näsandningsmätningen med en näskanyl och 5) en programvara Styrsystem44.
    5. Kalibrering: Fortsätt till kalibreringsfasen (cirka 20 s.), vilket gör det möjligt att kalibrera deltagarens andningssignal och justera detektionströsklarna för utandnings- och inandningsfaserna. I denna programvara är utandningsfasen positiv och inandningsfasen är negativ.
    6. Lukthedoniska och intensitetsbetyg: Leverera de två luktämnena i en slumpmässig ordning och be deltagarna att betygsätta det hedoniska värdet och intensiteten för varje luktämne på visuella analoga skalor som sträcker sig från 1 "inte alls trevligt" till 9 "extremt behagligt" och från 1 "inte alls intensivt" till "extremt intensivt".
  8. Kombinera olfaktometer och TMS: Ställ in fördröjningen mellan detekteringen av inspirationsfasen och utlösaren för att skicka TMS vid 600 ms.
    OBS: Inställningen av fördröjningen är viktig och måste bestämmas enligt litteraturen och användarens behov. I detta protokoll sattes fördröjningen till 600 ms, vilket har visat sig vara den maximala medvetna perceptuella representationen av lukter45. För TMS-tillstånd med en puls aktiverar denna utlösare omedelbart A-stimulatorn, och en puls levereras av spolen placerad på vänster M1 för att framkalla en obetingad MEP. För TMS-tillstånd med dubbla spolar skickas denna utlösare till två olika enheter (via två koaxialkablar anslutna med en T-anslutning): den första aktiverar omedelbart B-stimulatorn och en konditioneringspuls levereras av spolen placerad på vänster DLPFC; den andra tas emot av en pulsgenerator som gör det möjligt att inducera en fast fördröjning innan A-stimulatorn aktiveras, vilket ger en teststimulering genom spolen placerad på vänster M1 för att framkalla en konditionerad MEP (figur 1).

Figure 1
Bild 1: Experimentell uppställning. De fetstilta linjerna representerar pneumatiska anslutningar. En luftkompressor är ansluten till olfaktometern för att generera olika luftflöden. En regulator styr trycket och det insläppta luftflödet riktas till 3 kanaler (genom 3 massregulatorer): en för lufttransportören (blå linje), en för aspirationssystemet (brun linje) för att rengöra och hjälpa till att kontrollera stimuleringstiden och den sista för luktämnena44. Två U-formade rör innehåller luktämnena (grön: behagligt; rött: obehagligt) i vilka de konditioneras under tryck i mättat ångtillstånd, vilket säkerställer ett luktsatt luftflöde med stabil intensitet över tiden. Blandningshuvudet används för att blanda de rena och luktande luftströmmarna. Luftflödet (luktsatt eller rent) levereras till näsborrarna genom två rör (grå linjer) som är fästa vid en näskanyl, som också används för att registrera näsandning (lila linje). Baserat på andningssignalen, så snart inandningsfasen detekteras, skickas en utlösare för spTMS-tillståndet till en pulsgeneratorenhet som används för att ställa in en fördröjning (här: 10 ms), sedan till en TMS-stimulator A ansluten till spoleM1 applicerad över den vänstra M1-handmuskelrepresentationen, medan TMS-stimulatorn B stängs av. För dsTMS-tillståndet skickas en utlösare omedelbart till TMS-stimulatorn B som är ansluten till spolenDLPFC applicerad över den vänstra DLPFC, och pulsgeneratorenheten används för att ställa in en fördröjning (här: 10 ms) innan TMS-stimulatorn A som är ansluten till spolenM1 utlöses. Andningssignalen och MEP-amplituden som erhålls av EMG-systemet registreras av programvara som installeras på en dator. Klicka här för att se en större version av denna figur.

3. Mått

  1. Kör det skräddarsydda kodningsskriptet i olfaktometerprogramvaran (se steg 2.7.2) för att leverera alla kombinationer av spTMS och dsTMS med behagliga och obehagliga lukter och inga lukter som förekommer i slumpmässig ordning.
    OBS: Här registrerades 20 försök för varje tillstånd (120 försök totalt). Experimentet var uppdelat i 6 block med 20 försök vardera. Antalet försök för varje tillstånd kan ändras efter användarens behov.

4. Analys av data

  1. För varje deltagare, villkor och försök, extrahera MEP-amplituden från topp till topp. Detta kan göras med hjälp av en av verktygslådorna med öppen källkod som finns tillgängliga online46,47.
  2. Normalisera data genom att beräkna en MEP-kvot som uttrycker MEPs som framkallas av teststimuleringen i dsTMS-studier i förhållande till MEPs som framkallas av teststimuleringen i spTMS-studier12. Gör detta separat för varje deltagare och för varje lukttillstånd (dvs. ingen lukt, positiv lukt och negativ lukt). Efter denna procedur tolkar du resultaten på följande sätt: MEP-kvoter över 1 indikerar en underlättande effekt av DLPFC på M1, medan MEP-kvoter under 1 indikerar en hämmande inverkan av DLPFC på M1.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De representativa data som presenteras här återspeglar inspelningar från deltagare efter att ha slutfört steg-för-steg-protokollet ovan för att ge en preliminär inblick i vad vi kan förvänta oss.

Figur 2 visar ett exempel på en representativ deltagares andningssignaler som registrerats med olfaktometerprogramvaran. Utandnings- och inandningsfaserna detekteras väl när trösklarna passeras. Luktämnet utlöses omedelbart efter tröskeln för utgångsfasen och diffunderar i 5 s. TMS-pulsen utlöses med en fördröjning (600 ms) efter tröskeln för inspirationsfasen.

Detta resultat visar att den metod som utvecklats här exakt kan synkronisera luktdiffusion och TMS-timing enligt människans nasala andningsfaser.

Figure 2
Figur 2: Exempel på rådata från andningsinspelningar för en representativ deltagare. Förfallofasen identifieras när ett tröskelvärde (som representeras av den röda linjen) överskrids. Inspirationsfasen detekteras när ett tröskelvärde (som representeras av den blå linjen) passeras. Luktämnet utlöses omedelbart efter tröskeln för utgångsfasen och diffunderar i 5 s, vilket visas av den gröna linjen. TMS-pulsen utlöses med en fördröjning (600 ms) efter tröskeln för inspirationsfasen. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Figur 3 illustrerar de resultat som erhållits från EMG-dataregistreringar från höger FDI-muskel (MEP-registreringar), enligt förhållandena (spTMS och dsTMS) och lukthedoniska värden (ingen lukt, positiv lukt och negativa luktämnen) för en representativ deltagare. Topp-till-topp-amplituden för MEP:erna som framkallades av spTMS (Figur 3A) och av dsTMS (Figur 3B) varierade beroende på luktämnets hedoniska värde. När resultaten normaliseras (figur 3C) är alla el- och VVS-förhållanden under 1, vilket indikerar en undertryckande effekt av vänster DLPFC på vänster M1. Detta resultat visar att den metod som utvecklats här möjliggör undersökningar av modulationer av kortikospinal excitabilitet och effektiv konnektivitet som uppstår under behaglig och obehaglig luktuppfattning, allt levererat på ett synkroniserat sätt med mänsklig näsandning. Dessa resultat är preliminära och förtjänar ytterligare undersökning för att dra slutsatser om de specifika effekterna av lukter, hedoniska värden på kortikospinal excitabilitet och effektiv konnektivitet.

Figure 3
Figur 3: Exempel på typiska råa inspelningar från en deltagares högra FDI-muskel. (A) spTMS-tillstånd med positiv lukt (grön), negativ lukt (orange) och luktfria förhållanden (grå). (B) dsTMS-tillstånd, med positiv lukt (grön), negativ lukt (orange) och ingen lukt (grå). C) Kvoter för ledamöter av Europaparlamentet som erhållits efter normaliseringsförfarandet för en representativ deltagare. De tre el- och VVS-kvoterna är under 1, vilket tyder på att DLPFC har en hämmande inverkan på M1. Råa MEP-spårningar representerar en enda utvärderingsinspelning. Stapeldiagram visar medelvärdet, standardavvikelsen och det individuella el- och VVS-värdet för de 20 försök som erhållits i varje tillstånd. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Protokollet ovan beskriver en ny metod som kombinerar användningen av en andningssynkroniserad olfaktometer med enkel- och dubbelspolig TMS för att undersöka förändringar i kortikospinal excitabilitet och effektiv konnektivitet beroende på luktämnenas hedoniska värde. Denna inställning kommer att göra det möjligt att objektivt urskilja behaglighetsvärdet för ett luktämne hos en given deltagare, vilket indikerar luktämnets biologiska inverkan på hjärnans effektiva anslutning och reaktivitet. De kritiska stegen i detta protokoll involverar både TMS-parametrar (placering, intensitet) och olfaktometerparametrar (val av luktämne, tidpunkt i förhållande till andningsfaser).

Denna kombination av spTMS och dsTMS med en olfaktometer kan anpassas på många sätt, beroende på användarens behov, och har tydliga metodologiska fördelar. Som nämndes i inledningen framstod två metodologiska aspekter som avgörande för en mer djupgående undersökning av den mekanistiska grunden för samspelet mellan lukt- och motorsystemen. Den första var möjligheten att presentera olika luktförhållanden (behaglig/obehaglig/ingen lukt) inom samma experimentella fas. Detta är nu möjligt eftersom det är möjligt att på försök specificera vilket luktämne som kommer att levereras till försökspersonen med en konstant intensitet. Detta är en avgörande punkt, eftersom det gör det möjligt för oss att eliminera de systematiska intraindividuella förändringarna i MEPs amplitud inom och mellan stimulusblock som observerats i tidigare studier, även vid relativt långa interstimulusintervall48,49.

Faktum är att tillämpningen av en TMS-puls på M1 möjliggör kvantifiering av de observerade förändringarna i kortikospinal excitabilitet med obestridlig tidsmässig noggrannhet. Det finns dock ett mycket stort antal faktorer som kan modulera kortikospinal excitabilitet, och dessa måste kontrolleras så mycket som möjligt. Till exempel modifierar det enkla faktum att man frivilligt andas in eller andas ut (en motorisk handling) den kortikospinala retbarheten hos icke-respiratoriska fingermuskler50.

Den andra var möjligheten att kontrollera och synkronisera flera faktorer med andningsfaserna. Dessa inkluderar den exakta varaktigheten och tidpunkten för luktdiffusion till deltagarna och tidpunkten för TMS-pulsen. Ännu viktigare är att dessa olika parametrar kan modifieras efter användarens behov, vilket öppnar vägen för framtida studier.

Metoden som presenteras här öppnar för ett brett spektrum av framtida forskning och bredare frågeställningar inom luktsinnet. För det första har ingen studie ännu undersökt den tidsmässiga precisionen i moduleringen av kortikospinal excitabilitet som svar på en luktstimulus. Är denna modulering mycket tidig (dvs. före uppkomsten av perceptuella luktrepresentationer, uppskattningsvis mellan 300 ms och 500 ms efter luktdebut45) eller senare (dvs. när luktrepresentationer utvidgas till större områden som är associerade med känslomässig, semantisk och minnesbearbetning45)? Är tidpunkten för förändringar i kortikospinal excitabilitet densamma beroende på luktens hedoniska värde? Obehagliga lukter, såsom smärta, signalerar ofta potentiell fara, framkallar en snabbare reaktion för att snabbt undvika eller fly från negativa situationer51,52, och modulerar därmed kortikospinal excitabilitet tidigare än positiva lukter. Detta är dock fortfarande spekulativt. Genom att leverera TMS-pulsen vid olika tidpunkter efter uppkomsten av både positiva och negativa lukter och jämföra förändringarna i kortikospinal excitabilitet kan det nuvarande protokollet ta itu med denna fråga. Dessutom, även om fokus i detta protokoll låg på modulering av kortikospinal excitabilitet genom att rikta in sig på M1, kan TMS-tekniken, på grund av dess höga tidsupplösning, också användas för att undersöka de kausala hjärn-beteendeförhållandena och tidsförloppet för andra områden under luktprocesser, på grund av dess höga tidsupplösning53. På samma sätt utvärderade vi i det nuvarande protokollet den effektiva konnektiviteten mellan DLPFC och M1 eftersom det finns bevis i litteraturen för att modulationer av denna konnektivitet kan förekomma under luktuppfattning. Andra kortikokortikala eller kortiko-subkortikala-kortikala nätverk kan dock moduleras under lukt- eller motorkontrollprocesser, och konnektiviteten inom dessa nätverk kan enkelt bedömas med denna nya metod. Den enda förändringen skulle då vara placeringen av spolarna mot de riktade kortikala områdena. Till exempel har orbitofrontala cortex visat sig vara involverad i kodning för lukthedoniskt värde och luktuppfattning54, och en nyligen genomförd TMS-studie med två platser visade att detta område har en hämmande inverkan på M1 i vila12. Att undersöka förändringar i den effektiva anslutningen mellan orbitofrontala cortex och M1 under perception av positiva och negativa lukter är en intressant studieväg för en bättre förståelse av mekanismerna bakom interaktionerna mellan lukt- och motorsystem.

Dessutom föreslår denna metod ett nytt sätt att på ett tillförlitligt sätt bedöma lukthedonisk perception på ett icke-verbalt eller medvetet sätt. Detta kan bana väg för kliniska undersökningar som syftar till att förstå onormala interaktioner mellan bearbetning i lukt- och motorsystemet. Till exempel skulle den aktuella metoden kunna användas på patienter med neuropsykiatriska störningar som egentlig depression (MDD), som har associerats med förändringar i luktfunktionen, inklusive hedonisk uppfattning av lukter och maladaptivt förhållningssätt och undvikande beteenden55. Dessutom, eftersom vänster DLPFC har visat sig vara hypoaktiv hos MDD-patienter56 och DLPFC-M1-konnektiviteten moduleras under närmande-undvikande beteenden19, kan kombinationen av TMS och en olfaktometer vara ett lovande potentiellt verktyg för att belysa neurofysiologiska indikatorer på dysfunktionell konnektivitet mellan DLPFC och M1 hos MDD-patienter. Neurofysiologiska fynd kan sedan korreleras med klinisk symtomatologi, såsom svårighetsgraden av depression eller luktanhedoniapoängen, definierad som den minskade förmågan att uppleva njutning, som finns hos patienter med MDD57. Slutligen, om avvikelser i effektiv konnektivitet avslöjas hos dessa patienter med hjälp av den metod som presenteras här och korrelerar med kliniska symtom, kan TMS på två platser användas upprepade gånger för att neuromodulera DLPFC-M1-konnektivitet och förbättra kliniska symtom, ett protokoll som kallas parad-associativ kortikokortikal stimulering58,59.

Även om den aktuella metoden och resultaten ger ett proof of concept för framtida undersökningar av de neurala mekanismer som ligger till grund för interaktionerna mellan lukt- och motorsystemen, måste vissa begränsningar och överväganden nämnas. För det första, för att öka mätningarnas tillförlitlighet och reproducerbarhet, bör de riktade hjärnområdena vara exakt baserade på anatomiska och funktionella områden (detta gäller särskilt för DLPFC-målet). För det andra, som nämnts ovan och som demonstrerats av E-fälts beräkningsmodellering, är den skalpbaserade målsökningsmetoden som används för att positionera spolarna suboptimal jämfört med MRT-vägledning60. För att maximera noggrannheten och precisionen i TMS-positionering bör ett neuronavigationssystem användas som samregistrerar patientens huvud och strukturell magnetisk resonanstomografi (MRT) och ger återkoppling i realtid om spolens position38. Dessutom har beräkningsbaserad E-fältsdosimetri visat sig ge mer effektiv och fokuserad stimulering genom att bestämma den individuella spolplaceringen som maximerar E-fältsleveransen till ett specifikt hjärnmål61. En tredje punkt att ta hänsyn till när man tolkar resultaten är relaterade till MEP-amplituden. Faktum är att MEP-amplituden är känd för att återspegla inneboende olika neurala ingångar till kortikospinalcellerna, inklusive transkortikala element, och aktiviteten hos spinal motoneuronpool 62,63,64. Därför ger moduleringen av kortikospinal excitabilitet och effektiv konnektivitet som observerats under exponeringen för en behaglig lukt en partiell bild av de mer komplexa supraspinala och spinala nätverken som sannolikt kommer att vara involverade i moduleringen av MEP-amplituden. Resultaten bör tolkas med försiktighet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

JB är styrelseledamot i Brain Stimulation Section (STEP) vid den franska föreningen för biologisk psykiatri och neuropsykofarmakologi (AFPBN), av European Society of Brain Stimulation (ESBS), och rapporterar akademiska forskningsanslag inom området hjärnstimulering från CIHR (Kanada), ANR och PHRC (Frankrike). Andra författare har inget att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes av Fondation de France, Grant N°: 00123049/WB-2021-35902 (ett bidrag som mottagits av J.B. och N.M.). Författarna vill tacka Fondation Pierre Deniker för dess stöd (bidrag som C.N.) och personalen på Neuro-Immersion-plattformen för deras värdefulla hjälp med att utforma installationen.

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

Denna månad i JoVE lukt lukthedonics primär motorisk cortex dorsolaterala prefrontala cortex anslutning hjärnstimulering
Kombinera en andningssynkroniserad olfaktometer med hjärnsimulering för att studera effekten av lukter på kortikospinal excitabilitet och effektiv anslutning
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