Attention-dependent neural oscillations in the human olfactory system

人类嗅觉系统中注意力依赖性神经振荡

• 批准号: 9249540
• 负责人: Christina Maria Zelano
• 金额: $ 23.92万
• 依托单位: NORTHWESTERN UNIVERSITY AT CHICAGO
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2012-12-01 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9249540
• 关键词: Affect; Alzheimer' s Disease; Area; Attention; Attenuated; Auditory; Behavioral; Brain; Brain region; California; Cereals; Clinical; Code; Complex; Data; Development Plans; Directories; Disease; Electric Stimulation; Electrocorticogram; Electroencephalography; Epilepsy; Evolution; Exhibits; Frequencies; Functional Magnetic Resonance Imaging; Goals; Health Benefit; Hospitals; Human; Income; Institutes; Intractable Epilepsy; Light; Link; Measurement; Measures; Mentors; Modality; Nasal cavity; Neocortex; Neurosciences; Odors; Olfactory Pathways; Parkinson Disease; Pathway interactions; Patients; Pattern; Performance; Postdoctoral Fellow; Protocols documentation; Psychophysics; Reaction Time; Research; Research Personnel; Research Project Grants; Role; Scalp structure; Schizophrenia; Sensory; Signal Transduction; Sleep; Sleep Apnea Syndromes; Slow-Wave Sleep; Smell Perception; Speed; Stimulus; Structure; Surface; Techniques; Testing; Thalamic structure; Training; Universities; Visual; Work; brain surgery; career; career development; experimental study; graduate student; insight; millisecond; nervous system disorder; neural correlate; neuromechanism; novel; olfactory bulb; piriform cortex; prevent; relating to nervous system; respiratory; response; sensory gating; sensory system; somatosensory; spatiotemporal; virtual

PROJECT SUMMARY  A  career  development  plan  is  proposed  for  Dr.  Christina  Zelano,  who  is  committed  to  a  research  career  studying the neural substrates of the human olfactory system. Dr. Jay Gottfried, a renowned scholar in the field  of  human  olfaction  at  Northwestern  University  will  function  as  the  primary  mentor.  Furthermore,  Dr.  Stephan  Schuele, Directory of the Comprehensive Epilepsy Center at Northwestern Memorial Hospital will contribute to  the  proposed  research  as  a  collaborator,  and  Dr.  Robert  Knight,  Director  of  the  Helen  Wills  Neuroscience  Institute at University of California, Berkeley will contribute as a consultant on the proposed research projects.  Training will involve electrocorticography (ECoG) and electrical stimulation techniques for the measurement of  odor­evoked  brain  activity  in  patients  who  are  undergoing  brain  surgery  for  epilepsy.  The  overall  goal  of  the  proposed research is to characterize the temporal evolution and frequency composition of olfactory attentional  neural  correlates  in  the  human  brain.  Because  olfactory  brain  structures  are  located  deep  within  the  limbic  temporal  and  frontal  portions  of  the  brain,  the  electrical  signals  generated  from  these  regions  are  severely  attenuated  at  the  scalp,  limiting  the  value  of  surface  EEG  in  measuring  olfactory  local  field  potentials.  To  overcome this problem, the proposed research will optimize an olfactory (ECoG) paradigm in which electrical  signals  are  recorded  directly  from  olfactory  brain  structures  in  patients  who  are  undergoing  brain  surgery  for  intractable epilepsy. Using this technique, the precise timing and frequency of olfactory attentional oscillations  will be investigated. Several aspects of olfactory attention will be explored, from basic (state­dependent gating  of incoming odor information) to more complex (modality specific) mechanisms.   Given the lack of a requisite  pre­cortical thalamic relay in the olfactory system, the proposed research will test the hypothesis that sensory  gating of olfactory information occurs at the level of the olfactory bulb, upstream from olfactory (piriform) cortex.  Olfactory  sensory  gating  will  be  explored  through  two  separate  experiments  making  use  of  ECoG  and  fMRI  techniques.  The  proposed  research  will  use  ECoG  approaches  to  test  two  specific  hypotheses  regarding  complex  forms  of  olfactory  attention.  First,  experiments  are  proposed  to  determine  the  spatiotemporal  composition  of  neural  oscillatory  responses  in  relation  to  modality­specific  olfactory  attentional  mechanisms.  Second, experiments are proposed to determine the neural origins and spectro­temporal patterns of olfactory  predictive  coding  mechanisms.  Further  studies  will  make  use  of  electrical  stimulation  techniques  to  establish  the  necessity  of  identified  brain  regions  in  the  formation  of  predictive  spectro­temporal  odor  templates.  The  proposed  research  has  applications  to  a  broad  range  of  neurological  disorders  that  present  with  olfactory  deficits, including Alzheimer’s disease, epilepsy, Parkinson’s disease and schizophrenia.

项目摘要 为致力于研究事业的Christina Zelano博士提出了职业发展计划 研究人类嗅觉系统的神经基质。Jay Gottfried博士是该领域的著名学者， 西北大学的人类嗅觉专家将担任主要导师。此外， Schuele，西北纪念医院综合癫痫中心的目录将有助于 作为一个合作者，和罗伯特·奈特博士，海伦·威尔斯神经科学主任， 研究所在加州大学伯克利分校将有助于作为一个顾问对拟议的研究项目。 培训将涉及皮质电图（ECoG）和电刺激技术，用于测量 在接受癫痫脑外科手术的患者中，气味刺激诱发脑活动。 提出的研究是表征嗅觉注意的时间演变和频率组成， 由于嗅觉脑结构位于边缘系统的深处， 在大脑的颞叶和额叶部分，从这些区域产生的电信号严重 在头皮衰减，限制了表面EEG在测量嗅觉局部场电位中的价值。 克服这个问题，拟议的研究将优化嗅觉（ECoG）范式，其中电 信号直接从接受脑部手术的患者的嗅觉脑结构记录下来， 顽固性癫痫。使用这项技术，精确的时间和频率的嗅觉注意振荡 嗅觉注意的几个方面将被探讨，从基本的（状态依赖性门控 传入的气味信息）到更复杂的（模态特定的）机制。 由于缺乏必要的 嗅觉系统中的前丘脑皮层中继，拟议的研究将测试这一假设， 嗅觉信息的门控发生在嗅觉（梨状）皮层上游的嗅球水平。 嗅觉感觉门控将通过两个独立的实验，利用皮层脑电图和功能磁共振成像探索 技术。拟议的研究将使用ECoG方法来测试两个具体的假设， 复杂形式的嗅觉注意。首先，实验提出，以确定时空 神经振荡反应的组成与特定嗅觉注意机制的关系。 第二，通过实验确定嗅觉的神经起源和频谱时间模式， 预测编码机制。进一步的研究将利用电刺激技术来建立 确定大脑区域在形成预测性光谱-时间气味模板中的必要性。 拟议的研究可应用于广泛的神经系统疾病， 这些疾病包括阿尔茨海默病、癫痫、帕金森病和精神分裂症。