July 30th, 2017
İnsan merkezindeki koku sisteminden güvenilir fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) verilerinin elde edilmesine yönelik teknik zorlukları ve çözümleri sunuyoruz. Bu, olfaktör fMRI paradigması tasarımında özel hususlar, bir MRI uyumlu olfaktometre ile fMRI veri edinimi tanımları, koku seçimi ve veri post-processing için özel bir yazılım aracı içerir.
Bu videonun genel amacı, doğal solunumun müdahalesi olmadan insan koku alma sisteminin haritalandırılmasını etkili bir şekilde keşfetmek için verimli ve kolayca uyarlanabilir bir fMRI yöntemi sunmak ve açıklamaktır. Koku ve stimülasyona yanıt veren beyin aktivasyonunu incelemek için koku alma fMRI kullanmanın bir engeli, solunum ve koku iletiminin eşzamansızlığının neden olduğu tekrarlayan koku stimülasyonunun tutarsızlığıdır. Burada gösterildiği gibi, sabit zamanlı bir koku stimülasyonu paradigmasındaki koku sunumu solunumla senkronize olmadığında, tekrarlayan koku stimülasyonu solunumun farklı aşamalarında gerçekleşebilir.
Bu soruna bir çözüm, solunumla tetiklenen bir koku alma fMRI paradigması oluşturmaktır. Etkili koku alma fMRG veri toplama, ilk olarak olfaktometre üzerinde alışkanlığa ve tutarsız inhalasyon paternlerine dirençli bir olayla ilgili solunumla tetiklenen koku stimülasyon paradigmasının tasarlanmasıyla gerçekleştirilir. İkinci adım, koku alma uyarımı için koku maddeleri hazırlamak, trigeminal uyarımı ve alışkanlık etkilerini en aza indiren koku vericileri kullanmaya özen göstermektir.
Üçüncü adım, olfaktometreyi solunumla tetiklenen bir paradigmayı çalıştırma kabiliyetine sahip hale getirerek MRI ortamında deneyi kurmak ve çalıştırmaktır. Son adım, uyaranların gerçek başlangıcını ve süre vektörlerini tanımlamak için ONSET programını kullanarak verileri işlemektir. Sonuç olarak, bu teknik, insan koku alma sisteminin daha hassas bir şekilde araştırılmasını ve bağlantılarını kolaylaştırma potansiyeline sahiptir.
Burada, bir ETT Olfaktometre kullanarak solunumla tetiklenen bir koku alma fMRI deneyinin nasıl kurulacağını göstereceğiz. Bir paradigma oluşturmak için, koku verici kanallarını belirli koku maddelerine atayın. Bu olfaktometre sisteminde altı koku kanalı bulunmaktadır.
Bu kanalların açılma ve kapanma sırasını ve zamanlamasını girin ve düzenleyin. Dokunmatik ekrandaki Paradigma Ayarı düğmesine basın. Koku verici kanallarının açılma ve kapanma sırasını girmek veya düzenlemek için, Valf Sırası için Düzenle düğmesine basın.
Bitirdiğinizde, düzenleme modundan çıkmak için Düzenle düğmesine tekrar basın. Koku verici kanalların açılması ve kapanması için zamanlama parametrelerini girmek veya düzenlemek için, Zaman Sırası için Ayar düğmesine basın. Bitirdiğinizde, düzenleme modundan çıkmak için Ayarla düğmesine tekrar basın.
Paradigma Ayarını bitirdikten sonra, ana pencereye dönmek için Geri Dön düğmesine basın. Bu videoda, aynı koku maddesinin aynı konsantrasyonda basit bir stimülasyon paradigması gösterilmiştir. Her koku sunumu temiz hava sunumu ile serpiştirilir.
Bu paradigmada, aynı koku 12 kez sunulur. Her seferinde, koku sunumu, koku sunumları arasında değişken süreler olacak şekilde altı saniye sürer. Vana Açma ve Vana Kapatma sürelerini buna göre ayarlayın.
Bu gösteride, bir konsantrasyonda lavanta yağı hazırlanır. Lavanta yağını, minimal trigeminal stimülasyonu ve belirli beyin bölgelerinin aktivasyonu nedeniyle kullanıyoruz. Koku verici konsantrasyonları, seçilen koku vericiye bağlı olarak değiştirilebilir.
Kokunun ideal algılama eşiğine göre konsantrasyonları seçin. Konsantrasyonu değiştirerek, bir koku maddesine alışma olasılığını azaltırız. Konsantrasyonları hazırlamak için lavanta yağını propilen glikol ile karıştırın.
Propilen glikol, koku vericiler için yaygın olarak kullanılan bir çözücüdür ve stabildir ve neredeyse kokusuzdur. Paradigma tasarımında belirtildiği gibi tüm çözeltileri karıştırdıktan sonra, her bir kap şişesine aynı miktarda koku verici dökün. Ardından, şişeleri koku verici taşıyıcıya doğru sırayla takın.
Olfaktometreyi MRG'ye kurmak için, koku verici taşıyıcıyı makinenin yanındaki mıknatıs odasına yerleştirin. Taşıyıcıya bağlanmak için tüpleri dalga kılavuzundan geçirin, tüplerin sırasının olfaktometreye bağlanma sırasıyla eşleştiğine dikkat edin. Kolaylık sağlamak için, tüplerimizi koku verici kanallara uyacak şekilde renk kodluyoruz.
Makineyi açın. Ana hava akışını ve ayrıca taşıyıcı ve yıkama için ayrı akış hızlarını gerektiği gibi ayarlayın. Ardından, solunum kayışını olfaktometreye bağlayın ve kayışı dalga kılavuzundan geçirin.
Kemer, deneğin solunum aktivitesini ve solunum tetiğinin kullanımını kaydedecektir. Nesneyi mıknatıs odasına getirin ve yüz maskesini öznenin üzerine yerleştirin. Denek yatarken, solunum kemerini açık solunum olayının olduğu göğsünün veya karnının etrafına yerleştirin.
Olfaktometrenin ekranındaki solunum düzenini kontrol edin. Dalgalar düzleşirse, kemer çok sıkı bağlanır ve solunum tetiği düzgün çalışmaz. Tam bir solunum izi görülene kadar kayışı ayarlayın, çünkü net solunum tepe sinyalleri, solunumla tetiklenen bir paradigmanın başarılı bir şekilde yürütülmesi için kritik öneme sahiptir.
Solunum verilerini saklamak için olfaktometrede bir veri klasörü oluşturun. Koku sunumunun solunumla senkronizasyonu, Paradigma Kontrolü kullanılarak ve gerektiği gibi Tetik Gecikme süresi ayarlanarak doğruluk açısından test edilmelidir. Dokunmatik ekrandaki Paradigma Kontrolü düğmesine basın ve solunum döngüsünün soluma aşamasında koku iletiminin gerçekleşip gerçekleşmediğini izleyin.
Koku verme süresi, solunum izi üzerinde pembe renkle vurgulanır. Ekshalasyon aşamasında koku iletimi başlarsa, Paradigma Ayarına geri dönmek için, zaman dizisindeki Tetik Gecikmesini ayarlayın ve ardından Paradigma Kontrolünü yeniden yapın. Koku stimülasyonu paradigmasının yürütülmesinin MRI taraması tarafından tetiklenmesi için paradigmayı Tetikleme moduna ayarlayın.
Ardından Solunum Tetikleyici Başlatma işlevini seçin. Paradigma artık çalıştırılmaya hazırdır. Koku stimülasyon paradigması tamamlandığında, olfaktometrede kaydedilen solunum verilerini kontrol edin.
Bu dosya, solunum izini ve her fonksiyonel MRI görüntüsünün zaman damgasını, solunum tetikleyicisini, her koku kanalının açılıp kapanmasını ve bir yanıt cihazı kullanılarak denek yanıtını içerir. fMRI veri işleme için gerçek stimülasyon başlangıç vektörlerini ve sürelerini elde etmek için ONSET programı kullanılarak işlenebilir. ONSET, IDL Sanal Makinesi'nde çalıştırılabilir.
Koku stimülasyonu başlangıç vektörlerini ve sürelerini almak için Solunum Doğrulaması'na tıklayın. Olfaktometreden kaydedilen solunum veri dosyasını yükleyin ve ONSET işleme için işlem sonrası parametreleri ayarlayın. ONSET'i çalıştırın.
Koku iletimi sırasında her bir solumanın başlangıcı olan gerçek stimülasyon başlangıç vektörleri, koku sunumunun zamanlamasına ve solunum izine bağlı olarak otomatik olarak algılanacaktır. Başlangıç ve süre vektörleri de dahil olmak üzere sonuçlar, fMRI veri işlemede kullanılabilir. Standart prosedürleri izleyerek fMRI verilerini işleyin.
İşte SPM8 kullanarak veri işlemeye bir örnek. SPM paradigma tasarımı için seçilen zamanlama birimine bağlı olarak, görüntü numaralarını veya başlangıç vektörlerini ve sürelerini başlangıç çıktısından itibaren saniye cinsinden kullanın. Kanonik hemodinamik yanıt fonksiyonu ile gerçek başlangıç ve süre vektörlerini kullanarak stimülasyon paradigmasını fonksiyonel verilere uydurarak bireysel düzeyde istatistiksel bir parametrik harita oluşturun.
İşte koku stimülasyonuna yanıt veren birincil koku alma korteks aktivasyonunun bir örneği. Solunumla tetiklenen koku stimülasyonu paradigmasının aksine, örneğin, burada aynı konudan görebileceğimiz sabit bir zamanlama paradigması, koku iletimi solunum aktivitesi tarafından tetiklenmez. Deneğin solunumu üzerinde bir kontrol olmadığından, solunan koku miktarında önemli
farklılıklar vardır.Bu fMRI verilerini, önceki solunumla tetiklenen fMRI verileri için kullanılanla aynı istatistiksel eşikle işlemek için standart prosedürü takiben, birincil koku alma korteksinde önemli bir aktivasyon tespit edilmedi. Bununla birlikte, bir solunum tetikleyicisi uygulandığında, koku sunumu her zaman inhalasyon ile senkronize edilir, bu da koku stimülasyonunun tutarlılığını ve doğruluğunu artırır. Bu videoyu izledikten sonra, olayla ilgili solunumla tetiklenen bir paradigma kullanarak mevcut koku alma fMRI uygulamasını iyi anlamış olmalısınız.
Bu videoda gösterilen tekniğe hakim olduktan sonra, insan merkezi koku alma sisteminin işlevlerini haritalamak ve nörodejeneratif hastalıklarda koku alma eksikliklerini daha fazla araştırmak için daha fazla koku alma stimülasyonu paradigma tasarımı ve analiz yöntemleri uygulanabilir.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Bu makale, insan merkezi koku sisteminden güvenilir fMRI verileri elde etmenin teknik zorluklarını ve çözümlerini tartışmaktadır. Verilerin kalitesini artırmak için koku teslimatının solunumla senkronize edilmesinin önemini vurgulamaktadır.
Accurate mapping of the human olfactory system is critical for early detection of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's and Parkinson's, where olfactory dysfunction serves as a biomarker. Respiration-triggered fMRI enhances data reliability by synchronizing odor delivery with inhalation, reducing variability in stimulus exposure. This methodological advance supports target validation and mechanistic de-risking in CNS drug discovery by enabling consistent, quantitative assessment of olfactory pathway function.
This method integrates into the discovery continuum from target validation through preclinical evaluation, offering a quantitative neuroimaging readout for olfactory pathway modulation.