将呼吸同步嗅觉计与大脑模拟相结合，研究气味对皮质脊髓兴奋性和有效连接性的影响

摘要

本文描述了在与人类鼻呼吸同步的气味呈现过程中，使用呼吸同步嗅觉计触发单线圈和双线圈经颅磁刺激 （TMS）。这种组合使我们能够客观地研究令人愉快和不愉快的气味如何影响特定个体的皮质脊髓兴奋性和大脑有效连接。

摘要

人们普遍认为，嗅觉刺激会引发动物和人类的运动行为，例如接近令人愉悦的气味并避免令人不快的气味。最近，使用脑电图和经颅磁刺激 （TMS） 的研究表明，嗅觉系统的处理与人类运动皮层的活动之间存在密切联系。为了更好地理解嗅觉和运动系统之间的相互作用，并克服以前的一些方法学局限性，我们开发了一种新方法，将嗅觉计与嗅觉计同步具有不同享乐值的气味剂的随机顺序呈现，以及TMS（单线圈和双线圈）触发与鼻呼吸阶段。这种方法可以探测皮质脊髓兴奋性的调节以及背外侧前额叶皮层和初级运动皮层之间的有效同侧连接，这些连接可能在愉快和不愉快的气味感知期间发生。该方法的应用将允许客观地区分给定参与者中气味剂的愉悦值，表明气味剂对大脑有效连接性和兴奋性的生物学影响。此外，这可能为神经或神经精神疾病患者的临床研究铺平道路，这些患者可能表现出气味享乐改变和适应不良的回避行为。

引言

人们普遍认为，嗅觉刺激会引起自动反应和运动行为。例如，在人类中，最近已经证明在负气味发作后 500 毫秒内存在回避运动反应（远离气味源）¹。Chalençon 等人（2022 年）通过记录自由移动的人类参与者探索烧瓶散发出的气味，表明运动行为（即接近鼻子的速度和取出含有气味剂的烧瓶）与气味享乐密切相关².此外，最近通过使用脑电图¹，在人类中证明了嗅觉系统的处理与运动皮层活动之间的密切联系。具体来说，在负气味开始后大约 350 毫秒，在初级运动皮层 （M1） 上方和内部观察到特定的 mu 节律不同步，已知反映了动作准备过程，随后不久是行为向后运动¹。最近的另一项研究表明，与无气味条件相比，暴露于令人愉悦的气味剂会增加皮质脊髓兴奋性³。在这项研究中，对 M1 施加单脉冲经颅磁刺激 （spTMS） 以唤起目标手肌中的运动诱发电位 （MEP），在气味感知期间用肌电图 （EMG） 在外周记录。暴露于令人愉悦的气味剂是通过浸有纯佛手柑精油的纸条被动提供的，并放置在鼻子下方的金属支架^{上 3}.在这种情况下，尚不清楚皮质脊髓兴奋性的促进是由于令人愉悦的气味刺激还是由于非特异性行为影响，例如嗅探和咬牙^4,5

研究方案

以下各节中描述的所有实验程序均已获得伦理委员会（CPP Ile de France VII，法国巴黎，协议编号 2022-A01967-36）根据赫尔辛基宣言的批准。所有受试者在入组前都提供了书面知情同意书。

1. 参与者招募

1. 纳入/排除标准。
   1. 包括成人（> 18 岁）参与者。根据国际专家指南筛查所有参与者是否有任何 TMS 禁忌症²³.
   2. 排除植入医疗设备（例如人工耳蜗、心脏起搏器等）、癫痫发作、头痛、脑外伤和神经活性药物的个人或家族史的参与者。排除根据欧洲嗅觉能力测试²⁴ 被认为“嗅觉异常”的参与者。
2. 惯用手：检查爱丁堡惯用手量表问卷²⁵ 评估的右撇子。
   注意。强烈建议在评估皮质脊髓兴奋性和运动系统有效连接性的研究中仅招募右撇子参与者^26,27。
3. 信息和知情同意书：向所有参与者提供有关伦理委员会批准的研究目标、程序和风险的基本信息，并要求他们签署书面知情同意书。

2.实验程序

讨论

上述方案描述了一种新方法，将呼吸同步嗅觉计与单线圈和双线圈 TMS 的使用相结合，以根据气味剂的享乐值研究皮质脊髓兴奋性和有效连接的变化。这种设置将允许客观地区分给定参与者中气味剂的愉悦值，表明气味剂对大脑有效连接和反应性的生物学影响。该协议中的关键步骤涉及 TMS 参数（位置、强度）和嗅觉计参数（气味选择、相对于呼吸相的时间）。

spTMS 和 dsTMS 与.......

材料

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