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克里斯蒂娜·泽拉诺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，该领域的著名学者  西北大学人类嗅觉研究中心将担任主要导师。  此外，斯蒂芬博士  西北纪念医院综合癫痫中心主任 Schuele 将致力于  作为合作者提出的研究，以及海伦·威尔斯神经科学中心主任罗伯特·奈特博士  加州大学伯克利分校研究所将作为顾问为拟议的研究项目做出贡献。  培训将涉及皮层电图描记术 (ECoG) 和电刺激技术，用于测量  正在接受癫痫脑部手术的患者的气味诱发的大脑活动。  总体目标  拟议的研究是表征嗅觉注意力的时间演变和频率组成  人类大脑中的神经关联。  因为嗅觉大脑结构位于边缘系统深处  大脑的颞叶和额叶部分，从这些区域产生的电信号受到严重影响  在头皮处衰减，限制了表面脑电图在测量嗅觉局部场电位方面的价值。  到  为了克服这个问题，拟议的研究将优化嗅觉（ECoG）范式，其中电  直接从正在接受脑部手术的患者的嗅觉大脑结构记录信号  顽固性癫痫。 使用这种技术，嗅觉注意力振荡的精确时间和频率  将受到调查。 将探索嗅觉注意力的几个方面，从基本的（状态依赖的门控）  传入的气味信息）到更复杂的（特定模式）机制。   鉴于缺乏必要条件  嗅觉系统中的皮质前丘脑中继，拟议的研究将测试感官的假设  嗅觉信息的门控发生在嗅球水平，位于嗅觉（梨状）皮层的上游。  嗅觉感觉门控将通过两个独立的实验利用 ECoG 和 fMRI 进行探索  技术。  拟议的研究将使用 ECoG 方法来测试关于以下方面的两个具体假设：  嗅觉注意力的复杂形式。  首先，建议进行实验以确定时空  与特定形态的嗅觉注意机制相关的神经振荡反应的组成。  其次，建议进行实验来确定嗅觉的神经起源和光谱时间模式  预测编码机制。  进一步的研究将利用电刺激技术来建立  识别大脑区域在形成预测光谱时间气味模板中的必要性。  这  拟议的研究可应用于广泛的伴有嗅觉的神经系统疾病  缺陷，包括阿尔茨海默病、癫痫、帕金森病和精神分裂症。