Spezifische Repräsentationen von Geschmacksdimensionen in der menschlichen Insula

Abstract

Die Geschmackswahrnehmung lässt sich in drei Dimensionen unterteilen: Qualität, Intensität und An-genehmheit. Während die Insula gemeinhin als gustatorischer Kortex bekannt ist, ist die Natur ihrer funktionellen Organisation bislang umstritten. Durch enorme Variation der verwendeten Stimuli, Stimu-lationsmethoden und Aufgabenstellungen in der Geschmacksforschung, ist immer noch nicht eindeutig geklärt, in welchem Umfang die einzelnen Dimensionen in der menschlichen Insula repräsentiert sind. Für die Repräsentation der Qualität gibt es zwei Hypothesen. Zum einen könnte Geschmacksqualität als Kodierungsmuster eines allgemein geschmacksrezeptiven Areals verarbeitet werden. Zum anderen könnten Geschmacksqualitäten in Anlehnung an andere sensorische Kortizes in spezifischen Subare-alen repräsentiert sein. Bei Intensität und Angenehmheit wird zudem untersucht, inwieweit die Dimen-sionen im Gehirn lateralisiert sind, oder ob sie überhaupt in der Insula kodiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Struktur von geschmacksspezifischen Repräsentationen (Quali-tät), sowie die Verarbeitung von Geschmacksintensität und -angenehmheit mittels funktioneller Mag-netresonanztomografie (fMRT) in der Insula untersucht und zueinander in Bezug gesetzt. Dazu wurden insgesamt drei fMRT-Experimente durchgeführt, mit deren Ergebnissen die Einflüsse der Stimulations-methode (Schlucken vs. Stimulation der Zungenspitze), der Aufgabenstellung (passives vs. evaluatives Schmecken) und der Datenauswertung [voxelbasierte Gruppenanalyse vs. Region-of-Interest (ROI) Einzelprobandenanalyse] verglichen werden konnten. Unabhängig von allen drei Methoden, wurde ein Areal in der ventralen mittleren Insula identifiziert, das ein erhöhtes Signal für Geschmack im Vergleich zur neutralen Bedingung zeigt. Auf Einzelprobandenebene zeigte sich, dass dieses Areal besonders viele Voxel enthält, die stärker auf eine spezifische Stimulusqualität als auf alle anderen reagieren. Ge-schmacksspezifische Aktivierungen sind jedoch interindividuell stark verschieden, weshalb ihre topo-grafische Struktur auf Gruppenebene nicht beobachtet werden kann. Wie bereits in früheren Untersuchungen, konnte bestätigt werden, dass die Aufgabenstellung einen Einfluss auf Geschmacksrepräsentation im menschlichen Gehirn hat. Während Intensität hauptsächlich bilateral in der ventralen Insula verarbeitet wird, scheint Angenehmheit in der Insula vor allem in Bezug auf den negativen Affekt rechtsseitig repräsentiert zu sein. Bei beiden Aufgabenstellungen war dagegen das Signal im Gegensatz zur passiven Stimulation im orbitofrontalen Kortex (OFC) erhöht, was für eine aufgabenabhängige Modulation der Beteiligung des OFC bei hedonischer Geschmacksverarbeitung spricht. Auch unter der Aufgabenstellung Intensitäts- bzw. Angenehmheitsbewertung lieferten die sti-mulusspezifischen Profile auf Einzelprobandenebene einen Hinweis auf den Zusammenhang zwischen Cytoarchitektur und funktioneller Struktur der Insula.

Taste perception can be broken down into three dimensions: quality, intensity and pleasantness. While the insula is known to contain the gustatory cortex, its functional organization remains under debate. Through enormous variation of stimulus material, stimulation methods and tasks in gustatory research, it is still disputed to which degree each dimension is represented in the human insula. There are two theories about the representation of quality. One means taste quality is coded in the firing pattern of a broadly-tuned taste area, the other states taste quality is organized in taste-specific subregions equal to other sensory cortices. Concerning intensity and pleasantness it is researched, if the dimensions are lateralized in the brain and whether they are even represented in the insula. This study investigates the structure of tastant-specific representations (quality) and the processing of taste intensity and pleasantness in the insula through functional magnetic resonance imaging (fMRI). Therefore, three fMRI experiments were conducted to compare the influence of stimulation method (swallowing vs. tongue tip stimulation), task (passive vs. evaluative tasting) and data analysis approach [voxel-based group analysis vs. region-of-interest (ROI) single subject analysis] on the data. Under any method, an area in the ventral middle insula was identified, that was more responsive to the presence of tastants vs. a neutral stimulus. The single subject level showed that this area contained the most voxels best signalling for one tastant above all others. Though tastant-specific activations varied greatly inter-individually and could therefore not be observed on the group level. Similar to earlier studies, a task influence on taste representation was confirmed in the human brain. While intensity is processed in the bilateral ventral insula, pleasantness seems to be represented in relation to a negative affective value in the right insula. In both evaluative conditions compared to the passive task the signal in the orbitofrontal cortex (OFC) was increased, indicating a task-dependent modulation of the OFC’s involvement in hedonic taste processing. In the intensity and pleasantness condition as well as in the first experiment, the stimulus specific response profiles suggest a connection between cytoarchitecture and a functional parcellation of the insula.