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.

项目总结： 目前正在为克里斯蒂娜·泽拉诺博士提出一项新的职业和发展计划，他现在正致力于建立一个更好的研究和职业生涯。 研究人类嗅觉系统的主要神经和底物--著名的嗅觉领域著名医学学者约翰·杰伊·戈特弗里德博士。 西北师范大学的人类嗅觉导师将继续发挥主要导师的作用。此外，约翰·斯蒂芬博士也将发挥作用。 西北大学纪念医院癫痫综合治疗中心主任舒勒也将为此做出贡献。 海伦·威尔斯神经科学研究所副主任罗伯特·奈特博士和他建议将这项研究作为研究合作者。 加州大学伯克利分校的研究所也将以顾问的身份为新提出的研究和项目做出贡献。 培训还将涉及脑电地形图(ECoG)技术和电刺激技术，以提高患者的视觉测量能力。 在因癫痫而正在接受脑部手术的患者中，气味会引起脑部活动障碍。这是该项目的总体目标。 提出的研究目的是为了更好地刻画嗅觉注意的时间演化特征和频率组成特征。 神经功能与人的大脑相关。这是因为嗅觉和大脑结构通常位于大脑边缘的深部。 大脑的颞叶和额叶部分，以及从这些区域产生的主要电信号严重受损。 在头皮附近衰减，限制了表面脑电在测量嗅觉和局部视野电位中的价值。 为了克服这一问题，新提出的智能研究机构将进一步优化嗅工厂(ECoG)的研究范式，其中包括电气设备。 这些信号是直接从嗅觉和大脑结构中记录下来的，这些信号是从正在接受脑部手术的患者中记录下来的。 难治性癫痫。通过使用这项新技术，提高了嗅觉和注意神经振荡的最精确的时序频率和频率。 将继续调查。将继续探索嗅觉注意问题的几个主要方面，特别是从基础研究(国家依赖的研究)开始。 对于传入的气味(信息)来说，需要建立更复杂的(形态和特定的)机制。由于缺乏必要的信息，因此需要更多的信息。 在嗅觉系统中，皮质前丘脑的神经功能继而发挥作用，但这项拟议的研究团队将进一步测试与感官相关的假说。 嗅觉信息的选通发生在嗅球的最低水平，从嗅球(梨状)到大脑皮层的上游信号。 嗅觉门控技术将通过两个单独的实验来进一步探索，以充分利用ECoG技术和FMRI。 技术。这项拟议的研究团队将使用ECoG的方法来测试两个具体的ECoG假设。 嗅觉需要注意的形式很复杂。首先，我们提出了一些实验，以进一步确定它们的时空分布。 神经和振荡反应的构成与特定通道的嗅觉和注意力控制机制有关。 其次，我们还提出了一些实验，以进一步确定嗅觉的主要神经来源和光谱-时间模式。 预测编码和机制。进一步的研究还将充分利用新的电刺激和技术来建立预测。 在预测的光谱和时间气味模板的形成过程中，识别出的大脑和区域的必要性。 拟议的这项研究已经得到了广泛的应用，以解决与嗅觉有关的一系列常见神经功能障碍。 身体缺陷，包括阿尔茨海默氏症、癫痫、帕金森氏症和精神分裂症。