Ianuarie, 2020 Volumul 24, 5, pp 18645-18650

clasificarea

articol de cercetare

  • Despre Jurnal
  • Abstractizare și indexare
  • Obiective și domeniu de aplicare
  • Taxe de prelucrare a articolelor
  • Articole în presă
  • Ghidul autorului
  • Bord editorial

  • HTML full-text
  • Abstract
  • PDF cu text integral
  • XML full-text
  • Cum se citează

Luigi Barberini 1 *, Iole Tomassini Barbarossa 2, Melania Melis 2, Francesco Marrosu 1, Paolo Siotto 3 și Luca Saba 1

1 Departamentul de Științe Medicale și Sănătate Publică, Italia

2 Departamentul de Științe Biomedice, Italia

3 Departamentul Diagnostic Imaging, Spitalul G. Brotzu, Italia

Primit: 16 ianuarie 2020 | Publicat: 23 ianuarie 2020

Autorul corespunzator: Luigi Barberini, Departamentul de Științe Medicale și Sănătate Publică, Italia

Abstract

Obiective: În ciuda informațiilor exhaustive referitoare la rolul structurilor fiziologice implicate în stimulii gustativi, este încă nevoie să se clarifice dacă simțul gustativ este procesat în creierul uman și modul în care diferite tipuri de stimuli gustativi afectează zonele creierului implicate în procesarea gustului. Să caracterizeze rețelele care pot fi implicate în modelarea proprietăților căilor gustative.

Materiale și metode: În acest studiu fMRI am investigat două populații caracterizate prin răspunsul lor opus (sensibil/nesensibil) la stimulul gustativ amar indus de molecula de propiltiouracil (PROP). În experimentul RMN, PROP a fost livrat subiecților printr-un disc de hârtie de filtru impregnat. Persoanele recrutate pentru acest studiu sunt 5 super-testeri și 8 non-testeri pentru stimulul amar. Procedura definește două grupuri diferite de subiecți „non-degustator” și super-degustătorЂќ care participă la studiul experimental fcMRI Datele funcționale, achiziționate de un scaner GE Medical Signa 1.5 Tesla HD Optima, au fost procesate cu caseta de instrumente SPM12 și căile de rețea au fost analizate folosind Caseta de instrumente CONN. Tehnica modelului liniar general (GLM) a fost aplicată permițând evaluarea statistică a activării. Oscilația scăzută a semnalelor Bold [0,09: 0,9 Hz] serii de timp au fost procesate prin calcularea indicelui de corelație semi-parțială între voxeli; măsura de contrast a conectivității integrate a fost aplicată pentru calculul hărții de conectivitate. Toate contrastele au fost examinate cu un test t voxel (t t. X) 1/2 .b. (Y t. Y) - 1/2

Aceasta este măsurarea RMN a nivelului de conectivitate funcțională Voxel derivată din matricea de conectivitate r Voxel-to-Voxel r (x, y); în acest proiect a fost caracterizată puterea tiparului de conectivitate globală dintre fiecare voxel și restul creierului cu contrastul de conectivitate intrinsecă (ICC). ICC este definit ca:

Rezultate

Testele noastre au fost efectuate pentru a dovedi validitatea ipotezei unei activări mai mari în unele zone corticale generate de stimulul amar al Prop în comparația dintre „teste supertesters” și „non-testeri”. Zona din creier dedicată funcțional procesului de stimul gustativ este identificată în zona operculului frontal și în cortexul insular. Această zonă este identificată ca zona 43 a lui Brodmann, care este activată ca răspuns la presiunea generică aplicată direct pe timpan și la presiunea indirectă generată, de exemplu, prin aportul oral de mâncare și băutură. Deoarece mâncarea și băutul schimbă presiunea pe urechea medie și timpan, zona Brodmann 43 poate fi o parte a cortexului somatosenzorial primar activat în timpul acestor procese legate de evaluarea gustului funcției creierului. Zona Brodmann 43 a fost, de asemenea, activă funcțional, cu conexiuni la cortexul cerebelului frontal. În timpul experimentului nostru am colectat alte câteva zone ale creierului conectate la BA (43) și reprezentate grafic în figura 1 următoare.

Figura 1: Activare corticală diferențială în stilul SPM pentru comparația dintre non-tester și super-tester.

Din activarea datelor prezentate în imaginea anterioară putem calcula metrica de conectivitate aplicând metoda SVD, descompunerea valorii singulare, metoda matricei de covarianță în timp a semnalelor BOLD de la voxel și grupurile de voxeli. Aceste date raportează o mapare voxel ca raport în imaginea următoare. Este important să subliniem că corelația dintre aceste zone poate fi pozitivă și negativă. Datele de conectivitate calculate pe măsurile de activare din figura precedentă sunt expuse în Figura 2. Pornind de la BA (43), zona implicată în procesarea gustului, putem considera conexiunea către mai multe zone conectate la DMN, ca PCC (cortexul cingulat posterior); aceasta este partea superioară a „lobului limbatic”. Cortexul cingulat este alcătuit dintr-o zonă în jurul liniei mediane a creierului. Zonele înconjurătoare includ cortexul retrosplenial și precuneus. Eforturile de a înțelege arhitectura funcțională a creierului au identificat în mod consecvent mai multe rețele neuronale suprapuse care se suprapun, care sunt observabile în mai multe stări. În ciuda omniprezenței acestor rețele, rămâne neclar modul în care regiunile din aceste rețele neuronale la scară largă interacționează pentru a orchestra comportamentul.

Figura 2: Cartografierea Voxel la Voxel pentru corelații cu culorile de conectivitate pozitive și negative ale zonelor (Blu = pozitiv; roșu = negativ).

Figura 3: Conexiune PCC în comparație cu non-tester vs super-tester.

Având în vedere că precuneusul este un nucleu funcțional al rețelei implicite, subiecților noștri li se cere să nu efectueze sarcini în timpul sesiunilor fcMRI, [14]. În timpul primei părți a experimentului, ei rămân pur și simplu în așteptare, stând pe loc și încercând să lase mintea rătăcind fără un subiect specific. În a doua sesiune a fcMRI li s-a cerut să experimenteze gustul amar al propiltiouracilului. În aceste condiții BA (43) prezintă corelație cu cortexul cingulat anterior (dreapta și stânga BA33, zona subcentrală, cortexul asociat somatosenzorial și cortexul cingulat anterior dorsal Figura 3. Sursa PCC a fost direct corelată Cortexul cingulat anterior (dreapta) 0,16; p = 0,02), cortexul cingulat anterior (stânga) (beta 0,17; p = 0,02), zona subcentrală „zona corticală gustatorie” (dreapta) (beta 0,16; p = 0,03), cortexul asociat somatosenzorial (stânga) (beta 0,13; p = 0,03 ) și cortexul cingulat anterior dorsal (dreapta) (beta 0,10; p = 0,04) Figura 4.

Figura 4: Conexiunea sursei LLP cu Premotor Cortex (stânga) (beta -0,14; p = 0,02), Dorsolateral Prefrontal Cortex (dreapta) (beta -0,05; p = 0,02) și Retrosplenial Cingulate Cortex (dreapta) (beta -0,13; p = 0,02), și cu Cortexul vizual primar V1 (stânga) (beta 0,13; p = 0,04).

Figura 5: Sursa RLP a fost corelată direct cu Cortexul auditiv (dreapta) (beta 0,19; p = 0,04) și Insula Cortex (stânga) (beta 0,06; p = 0,04).

Activarea sursei LLP, raportată în Figura 4, a fost invers corelată cu Cortexul premotor (stânga), Cortexul prefrontal dorsolateral (dreapta) și Cortexul cingulat retrosplenial (dreapta) și direct cu Cortexul vizual primar V1 (stânga); sursa MPFC a fost invers corelată cu cortexul asociativ somatosenzorial (dreapta) și cortexul anterior antorhinal (dreapta); sursa PCC a fost corelată direct Cortex cingulat anterior (dreapta), Cortex cingulat anterior (stânga), Zona subcentrală (dreapta), Cortexul asociat somatosenzorial (stânga) și Cortexul cingulat anterior dorsal (dreapta); Sursa RLP a fost direct corelată cu Cortexul Auditiv (dreapta) și Insula Cortex (stânga) Figura 5. În cele din urmă, raportăm conexiunile MPFC dezvăluite în experimentele noastre Figura 6.

Figura 6: Sursa MPFC a fost invers corelată cu cortexul asociativ somato-senzorial (dreapta) (beta -0,10; p = 0,01) și cortexul anterior antorhinal (dreapta) (beta -0,10; p = 0,03).

Discuţie

Concluzie

Prezenta investigație cu privire la efectele gustative ale unui gust mai bun într-o populație de subiecți reprezentați de super degustător și nontaster, plumb cu analiza fc-MRI oferă un cadru standard pentru a efectua un set mare de experimente bazate pe conectivitate asupra funcțiilor creierului sub o varietate de condiții fiziologice și patologice. Mai mult, calculul mai multor parametri de conectivitate și măsuri derivate de teoria graficelor permit investigarea reacțiilor/răspunsurilor cerebrale la diverse condiții patologice și nepatologice. Deși prezentul studiu a ilustrat doar date preliminare, rezultatele obținute arată fiabilitatea investigației fcMRI, sugerând că colaborarea dintre studiile privind rețelele cerebrale și științele „omice” (postgenetică, genomică și colab.) Este o nouă abordare interesantă în exploatarea unor astfel de întrebări dificile. ca relații structurale dintre creier și minte [22].

Referințe

  • S Bembich, Demarini S, Tepper BJ, Gasparini P, Grasso DL (2014) Diferențe individuale în activitatea cortexului prefrontal în timpul percepției gustului amar folosind metodologia fNIRS. Chem Senses 35 (9): 801-812.
  • L Zhao, SV Kirkmeyer, BJ Tepper (2003) Un test de screening pe hârtie pentru a evalua sensibilitatea genetică a gustului la 6-n-propiltiouracil. Physiol Behav 78 (4-5): 625-633.
  • IT Barbarossa, Calò C, Muroni P, Crnjar R, Tepper BJ (2015) Polimorfismul genei gustin (CA6), rs2274333 (A/G), este asociat cu densitatea fungilă a papilei, în timp ce amărăciunea PROP se datorează în principal TAS2R38 într-o etnie populație mixtă. Fiziol Comportament 138: 6-12.
  • G Carta, Melis M, Pintus S, Pintus P (2017) Participanții cu greutate normală sau cu obezitate prezintă diferite relații ale statusului gustatorului 6-n-propiltiouracil (PROP) cu IMC și endocanabinoizi din plasmă. Sci Rep 7 (1).
  • KJ Friston (2011) Conectivitate funcțională și eficientă: o recenzie. Brain Connect 1 (1): 13-36.
  • S Whitfield Gabrieli, A Nieto Castanon (2012) Conn: A Functional Connectivity Toolbox for Correlated and Anticorrelated Brain Networks. BRAIN Connect 2 (3): 125-141.
  • BJ Tepper (1998) GENETICS OF PERCEPTION ’98 6-n-Propylthiouracil: Un marker genetic pentru gust, cu implicații pentru preferința alimentară și obiceiurile dietetice. Sunt J Hum Genet. 63 (5): 1271-1276.
  • U kyung Kim, E Jorgenson, H Coon, M Leppert, N Risch (2003) Clonarea pozițională a locusului caracteristic cantitativ uman care stă la baza sensibilității gustului la feniltiocarbamidă. Știință 299 (5610): 1221-1225.
  • B Bufe, Breslin PA, Kuhn C, Reed DR, Tharp CD (2005) Baza moleculară a diferențelor individuale în percepția amărăciunii a feniltiocarbamidei și a propiltiouracilului. Curr Biol 15 (4): 322-327.
  • JD Power, Alexander L Cohen, Steven M Nelson, Gagan S Wig (2011) Organizarea funcțională a rețelei creierului uman. Neuronul 72 (4): 665-678.
  • G Cossu, Melis M, Sarchioto M, Melis M, Morelli M (2018) 6-n-propylthiouracil perturbarea gustului și TAS2R38 nontasting form în boala Parkinson. Tulburarea Mov 33 (8): 1331-1339.
  • M Melis, L Grzeschuchna, G Sollai, T Hummel, I Tomassini Barbarossa (2019) Tulburările gustative sunt parțial determinate genetic: Rolul genei TAS2R38, un studiu pilot. Laringoscop 129 (9): E307-E312.
  • R Martuzzi, R Ramani, M Qiu, X Shen, X Papademetris (2011) O măsură a contrastului de conectivitate intrinsecă bazată pe voxelul întregului creier relevă schimbări locale în conectivitatea țesuturilor cu anestezic fără ipoteze a priori asupra pragurilor sau regiunilor de interes. Neuroimaginea 58 (4): 1044-1050.
  • MD Greicius, B Krasnow, AL Reiss, V Menon (2003) Conectivitate funcțională în creierul în repaus: O analiză de rețea a ipotezei modului implicit. Proc Natl Acad Sci USA 100 (1): 253-258.
  • SF Muldoon, EW Bridgeford, DS Bassett (2016) Rețele de înclinație și creier ponderat pentru lumea mică. Sci Rep 6: 22057.
  • M Lungarella, O Sporns (2006) Cartografierea fluxului de informații în rețelele senzorimotorii. PLoS Comput Biol 2 (10): e144.
  • ME Raichle, AM MacLeod, AZ Snyder, WJ Powers, DA Gusnard (2001) Un mod implicit al funcției creierului. Proc Natl Acad Sci 98 (2): 676-682.
  • AV Utevsky, DV Smith, SA Huettel (2014) Precuneus este un nucleu funcțional al rețelei în mod implicit. J Neurosci 34 (3): 932-940.
  • BJ Ciliax, Drash GW, Staley JK, Haber S, Mobley CJ (1999) Localizare imunocitochimică a transportorului de dopamină în creierul uman. J Comp Neurol 409 (1): 38-56.
  • ER Grimm, NI Steinle (2011) Genetica comportamentului alimentar: concepte stabilite și emergente. Nutr Rev 69 (1): 52-60.
  • RL Buckner, Sepulcre J, Talukdar T, Krienen FM, Liu H (2009) Huburi corticale dezvăluite prin conectivitate funcțională intrinsecă: Cartografiere, evaluare a stabilității și relația cu boala Alzheimer. J Neurosci 29 (6): 1860-1873.
  • CL Barberini, SE Morrison, A Saez, B Lau, CD Salzman (2012) Complexitate și competiție în circuite neuronale apetisante și aversive. Front Neurosci 6: 170.
  • MJ Domakonda, X He, S Lee, M Cyr, R Marsh (2018) Conectivitate funcțională sporită între rețelele de atenție ventrală și modul implicit la adolescenții cu bulimie nervoasă. 58 (2): 232-241.