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Albrecht, Jessica (2008): Zentrale Verarbeitung multimodaler sensorischer Reize nach Stimulation der Nasenschleimhaut mit Nikotin. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Zum heutigen Stand der Forschung gibt es, außer der vorliegenden Arbeit, keine funktionellen Kernspinstudien über kortikale Aktivierungen, welche durch Effekte des multimodalen Stimulus Nikotin auf das olfaktorische und das trigeminale System hervorgerufen werden. Appliziert man Nikotindampf in niedrigen Konzentrationen auf die nasale Mukosa, so ruft es Geruchsempfindungen, die durch das olfaktorische System vermittelt werden, hervor. In höheren Konzentrationen ruft Nikotin zusätzlich ein Brennen oder Stechen in der Nase hervor, welches durch das trigeminale System vermittelt wird. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, die Hirnaktivierungen nach intranasaler Stimulation von S(-)-Nikotin in niedrigen, olfaktorisch leicht überschwelligen versus hohen, trigeminal leicht überschwelligen Konzentrationen zu vergleichen. Zuerst wurden die individuellen Geruchs- und Schmerzschwellen von Nikotin von jeweils 30 gesunden Gelegenheitsrauchern mittels PC-kontrolliertem Olfaktometer bestimmt. Danach wurden funktionelle Kernspinuntersuchungen mit einem 1,5 Tesla Magnetresonanztomographen während der Applikation von intranasalen Nikotinreizen in olfaktorisch und trigeminal leicht überschwelligen Konzentrationen durchgeführt. Nach den Bildgebungsexperimenten nahm ein Teil der Probanden an einem weiteren Experiment teil. Während dieses Experiments sollten die Probanden die Intensität der olfaktorischen und trigeminalen Wahrnehmung während intranasaler Nikotinstimulation außerhalb des Magnetresonanztomographen bewerten. Dabei wurden die gleichen Stimulationsparadigmen verwendet wie während der Bildgebungsexperimente. Obwohl die subjektive Wahrnehmung von Nikotindampf in niedrigen und hohen Konzentrationen sich deutlich voneinander unterschied, konnten Aktivierungen in nahezu gleichen Hirnarealen in beiden Experimenten gefunden werden. Diese Hirnareale entsprachen Arealen, von denen bekannt ist, dass sie für die olfaktorische Informationsverarbeitung zuständig sind, aber auch Arealen, die spezifisch für die Verarbeitung von schmerzhaften Reizen sind. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl das olfaktorische, als auch das trigeminale System während chemosensorischer Wahrnehmung von Nikotindampf aktiviert werden und dass es nicht möglich ist, olfaktorische von trigeminalen Effekten zu trennen, indem man die Stimuluskonzentration variiert. Die Aktivierungen von olfaktorischen und trigeminalen Arealen nach chemosensorischer Stimulation mit verschiedenen Nikotinkonzentrationen sind weitgehend unabhängig von der wahrgenommenen Intensität der Stimuli.

Abstract

Besides the present study no neuroimaging data are available on cortical activations induced by the effects of the multimodal stimulus nicotine on the olfactory or the trigeminal system. Applied to the nasal mucosa in low concentrations, nicotine vapor evokes odorous sensations (mediated by the olfactory system). At higher concentrations, nicotine vapor produces burning and stinging sensations in the nose (mediated by the trigeminal system). The aim of this study was to compare brain areas activated by intranasal stimulation with S(-)-nicotine vapor in low versus high concentrations using functional magnetic resonance imaging (fMRI). Olfactory detection thresholds and sensory irritation thresholds for nicotine vapor were determined in thirty healthy occasional smokers respectively using a computer-controlled air-dilution olfactometer. Following this, functional magnetic resonance images were acquired using a 1.5T MR scanner with application of concentrations of nicotine vapor just above the individual’s olfactory detection threshold and just above the individual’s sensory irritation threshold. After the scanning sessions a part of the subjects participated in a further session. They were lying outside the MR scanner and were instructed to evaluate the intensity of the olfactory and the trigeminal percept during the stimulation paradigms used before. Although perceptions of nicotine vapor in low and high concentrations completely differed, activations in basically the same brain areas were found in both fMRI experiments. These brain areas correspond to areas known to be activated following olfactory stimulation of the nasal mucosa, as well as areas specific to processing of painful stimuli. These findings indicate that the olfactory and trigeminal systems are both activated during chemosensory perception of nicotine vapor and it is not possible to separate olfactory from trigeminal effects by varying the concentration of the applied nicotine vapor. Brain activation of olfactory and trigeminal areas related to chemosensory stimulation with different concentrations of nicotine vapor is independent of perceptual strength.