שיטה זו פותחה באמצעות מימון מקרן Wellcome, המועצה למחקר רפואי, המכון הלאומי לבריאות המחקר אוקספורד Biomedical Research Centre, וRosetrees האמון. יחידת UCL הנוירוכירורגית פונקציונליים נתמכת על ידי המגבית בריטניה פרקינסון ואמון האנדרטה.

1. הסכמה וסמן זיהוי פרוטוקול זה נבדק ואושר על ידי לאומי למחקר שירות ועדת האתיקה דרום המרכז - א אוקספורד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהה את הנושאים מתאימים למחקר: נבדקים הם אלה שמזוהים קליניים כמתאימים לגירוי מוחי עמוק (מחלת פרקינסון עקשן רפואי). הערה: בצע ניסוי לאחר השתלת האלקטרודה (יום 1) ולפני מיקום סוללה / ממריץ (יום 7) תוך חוטי מוחצן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסכים מטופל לבדיקת גירוי והפסקת טיפול תרופתי פרקינסון לילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעקבות 12 נסיגת שעות של התרופה פרקינסון, להתחבר אלקטרודות DBS חוצן למגבר מתאים (חייב להיות מתוכנן מגבר, בטיחות נבדקה ואומת לשימוש נוירופיזיולוגיות תוך גולגולתי בבני אדם) 16. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פוטנציאל שיא שדה המקומי (LFP) במנוחה מכל אנשי הקשר של מיליארדיםaterally (L 0-3 &amp; R 0-3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור מצרפי תמונות דו קוטביים (0,2 ו 1,3) על ידי חיסור של הקלטות מאנשי קשר סמוכים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע ניתוח ספקטרלי הכוח לזהות תדר מטופל ספציפי שיא בטא וזוג קשר דו קוטבי עם משרעת בטא הגבוהה ביותר לבדיקת גירוי. שים לב: רוב חולי פרקינסון את התרופה יש לי שיא בטא 2. אם לא שיא בטא ניכר את התרופות, המטופל צריך להיות מחוץ ניתוח נוסף כמו זה עשוי לייצג סיבוכי מיקוד DBS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר קשר לגירוי monopolar שהוא גישר על ידי זוג דו קוטבי קשר (0,2 או 1,3) עם משרעת בטא הגבוהה ביותר. </li></ol> 2. חיבור של חולה להגדרת aDBS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את האלקטרודה DBS למגבר האנלוגי והמסנן. הערה: מסנן מעביר להקה בין 3 - הרץ 37 עם x 9,100 רווח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר התייחסות למטופל. הערה: התייחסות צריכה להיות 5 ס&quot;מ X 5 משטח אלקטרודה ג&#39;ל neurostimulator סנטימטר מחובר על ידי סטןגודארד חוט האלקטרודה monopolar 2 מ&quot;מ. מניחים את האלקטרודה מעל עצם הבריח השמאלי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר מגבר אנלוגי לממיר D / ותוכנה לניתוח אותות ריצה מחשב ניידת. שלב שני באופן דיגיטלי לסנן את האות סביב הפסגה בטא הספציפית מטופל עם להקה לעבור 4 הרץ. לפקח משרעת בטא ולהשתמש בזה כדי לשלוט בגירוי עם סף שנקבע מראש. המשרעת בטא חלקה עם חלון החלקה (400 msec הייתה heuristically יעיל בהתקנה זו.) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר D / הדק לממריץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר ממריץ לחולה דרך מגבר. הערה: לבטיחות, להבטיח צפיפויות תשלום מוגבלות ל &lt;יש 30 μQ / 2 סנטימטר וממריץ קלט ליניארי - פונקצית פלט. אופטי לבודד את כל החיבורים למטופל. ממריץ צריך להיות מתוכנן ונבדק עם תקן בטיחות רפואית EN60601-1 כנקודת התייחסות. </li></ol> 3. בדיקה של גירוי רציף קונבנציונלי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל Stimula תדירות גבוהה הקונבנציונליtion, אבל בהתחלה במתח אפס (אלפיות שני 100, 130 הרץ, 0 V). החל גירוי monopolar בקשר לגישור על ידי מגע זוג דו קוטבי עם משרעת בטא הגבוהה ביותר. לפקח על קריאת נתוני ממריץ ברציפות לאורך ניסוי על מנת להבטיח גירוי שמועבר הוא כצפוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאט לאט להגביר את מתח גירוי על ידי 0.5 V מרווחים כל כמה דקות, מחפש סף השפעה קליני. להקים מתח שימושי קליני גירוי (בדרך כלל 1.5-3.0 V) מלווה בתופעות לוואי מינימליות או ללא כמו נימול. </li></ol> 4. הבדיקה של סף עם הפעלה / כיבוי מיתוג וטריגר הגדרה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם הגירוי במתח היעיל מבחינה קלינית, כבה את ממריץ עם 250 msec ramping למטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם הגירוי במתח היעיל מבחינה קלינית, לעבור ממריץ עם 250 msec ramping את. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פנו אלינו בנוגע נימול ותופעות לוואי אפשריות אחרות חווה על מיתוג גירוי לסירוגין. &lt;/ Li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם תופעות לוואי הן בהווה, להפחית את המתח על ידי 0.25 V וחזור על שלבים 4.1-4.3 עד מתחת נימול על הפעלה / כיבוי סף מיתוג. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על ידי טיטרציה למצוא את הסף לנימול עם הפעלה / כיבוי מיתוג מחדש ולהגדיר את המתח ממש מתחת (0.1 V) סף זה לבדיקה נוספת. אם זה לא יעיל מבחינה קלינית ואז לנסות אחר ליצירת קשר (לבחור קשר 1 או 2). הערה: ממריץ מיתוג לסירוגין גם בחלק מהחולים גורמים לחפץ ספייק, ואולי קשורים לקיבול טעינה בממשק האלקטרודה הרקמות. כאות הייתה עוברת להקה המסוננת בלהקת ביתא, לפני הגדרת רמת הדק, חפץ זה נחלש במידה ניכרת. עם זאת, במקרים ספורים חפץ זה היה מספיק כדי לגרום מפעילה עצמי. כדי לטפל בזה במקרים אלה, צמצמנו את המתח של גירוי, והגדיל את סף הדק לברוח מפעילה עצמית. דרך נוספת כי זה יכול להתמודד איתה בעתיד במידת צורך היא באמצעות השילוב שללנעול את התקופה שלאחר כל תחילת הדק כדי למנוע הפעלה עצמית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל גירוי במתח ממש מתחת לסף נימול / כיבוי המיתוג שנקבע לעיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדל את סף הדק משרעת בטא לרמה כי תוצאות במינימום הזמן בגירוי תוך שמירה על השפעה קלינית. לשאוף להפחתת 50% לפחות בזמן על גירוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את הגירוי ולהשאיר את המטופל ללא גירוי (הבא להגדיר ובין בלוקים מבחן) עבור 10 דקות לסחף אפקט גירוי. </li></ol> 5. בדיקה של חולה על פני תנאי גירוי שונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא מסנוור של חולים כדי לבדוק את התנאים (DBS אדפטיבית, קונבנציונלי וכבוי). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תחול כל תנאי מבחן למינימום של תקופת ייצוב 5 דקות עם הריצה המצב לפני בדיקה קלינית מתחילה. כדי לאזן את מצב מבחן על פני נושאים. תקן על זהות מתח, רוחב דופק ותדירות גירויקאלי פני תנאי בדיקה, כך שההבדל היחיד מתייחס לעיתוי של גירוי ביחס למשרעת בטא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בנקודה קבועה שנקבעה מראש לאחר תחילתו של הגירוי (למשל, כ300 שניות מינימום), להעריך את המטופל מבחינה קלינית להשפעה באמצעות סולם דירוג UPDRS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הערכה להקליט וידאו ולאחר מכן שיעור עיוור על ידי מנותק מומחים עצמאיים (ללא נוקשות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע הערכה קלינית באמצעות מדדים אובייקטיביים (accelerometry או actigraphy). </li></ol>

<ol>
	<li>Schrag, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dyskinesias+and+motor+fluctuations+in+Parkinson's+disease:+A+community-based+study.">Dyskinesias and motor fluctuations in Parkinson's disease: A community-based study.</a> Brain. 123 (11), 2297-2305 (2000).</li><li>Little, S., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+brain+signals+are+suitable+for+feedback+control+of+deep+brain+stimulation+in+Parkinson's+disease.">What brain signals are suitable for feedback control of deep brain stimulation in Parkinson's disease.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. 1265 (1), 9-24 (2012).</li><li>Chen, C. C., Br&#252;cke, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+brain+stimulation+of+the+subthalamic+nucleus:+a+two-edged+sword.">Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus: a two-edged sword.</a> Current biology. 16 (22), 952-953 (2006).</li><li>Modolo, J., Legros, A., Thomas, A. W., Beuter, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Model-driven+therapeutic+treatment+of+neurological+disorders:+reshaping+brain+rhythms+with+neuromodulation.">Model-driven therapeutic treatment of neurological disorders: reshaping brain rhythms with neuromodulation.</a> Interface Focus. (1), 61-74 (2011).</li><li>Priori, A., Foffani, G., Rossi, L., Marceglia, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+deep+brain+stimulation+(aDBS)+controlled+by+local+field+potential+oscillations.">Adaptive deep brain stimulation (aDBS) controlled by local field potential oscillations.</a> Experimental neurology. 245, 77-86 (2012).</li><li>K&#252;hn, A. A., Kupsch, A., Schneider, G., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduction+in+subthalamic+8-35+Hz+oscillatory+activity+correlates+with+clinical+improvement+in+Parkinson's+disease.">Reduction in subthalamic 8-35 Hz oscillatory activity correlates with clinical improvement in Parkinson's disease.</a> The European journal of neuroscience. 23 (7), 1956-1960 (2006).</li><li>Eusebio, A., Cagnan, H., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Does+suppression+of+oscillatory+synchronisation+mediate+some+of+the+therapeutic+effects+of+DBS+in+patients+with+Parkinson's+disease.">Does suppression of oscillatory synchronisation mediate some of the therapeutic effects of DBS in patients with Parkinson's disease.</a> Frontiers in integrative neuroscience. 6, (2012).</li><li>Giannicola, G., Rosa, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subthalamic+local+field+potentials+after+seven-year+deep+brain+stimulation+in+Parkinson's+disease.">Subthalamic local field potentials after seven-year deep brain stimulation in Parkinson's disease.</a> Experimental neurology. 237 (2), 312-317 (2012).</li><li>L&#243;pez-Azc&#225;rate, J., Tainta, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coupling+between+beta+and+high-frequency+activity+in+the+human+subthalamic+nucleus+may+be+a+pathophysiological+mechanism+in+Parkinson's+disease.">Coupling between beta and high-frequency activity in the human subthalamic nucleus may be a pathophysiological mechanism in Parkinson's disease.</a> The Journal of Neuroscience. 30 (19), 6667-6677 (2010).</li><li>Ozkurt, T. E., Butz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+frequency+oscillations+in+the+subthalamic+nucleus:+A+neurophysiological+marker+of+the+motor+state+in+Parkinson's+disease.">High frequency oscillations in the subthalamic nucleus: A neurophysiological marker of the motor state in Parkinson's disease.</a> Experimental neurology. 229 (2), 324-331 (2011).</li><li>Pogosyan, A., Yoshida, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parkinsonian+impairment+correlates+with+spatially+extensive+subthalamic+oscillatory+synchronization.">Parkinsonian impairment correlates with spatially extensive subthalamic oscillatory synchronization.</a> Neuroscience. 171 (1), 245-257 (2010).</li><li>Chen, C. C., Hsu, Y. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complexity+of+subthalamic+13-35+Hz+oscillatory+activity+directly+correlates+with+clinical+impairment+in+patients+with+Parkinson's+disease.">Complexity of subthalamic 13-35 Hz oscillatory activity directly correlates with clinical impairment in patients with Parkinson's disease.</a> Experimental neurology. 224 (1), 234-240 (2010).</li><li>Rosin, B., Slovik, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Closed-loop+deep+brain+stimulation+is+superior+in+ameliorating+parkinsonism.">Closed-loop deep brain stimulation is superior in ameliorating parkinsonism.</a> Neuron. 72 (2), 370-384 (2011).</li><li>Little, S., Pogosyan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+Deep+Brain+Stimulation+in+Advanced+Parkinson+Disease.">Adaptive Deep Brain Stimulation in Advanced Parkinson Disease.</a> Annals of neurology. 74 (3), 449-457 (2013).</li><li>Afshar, P., Khambhati, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+translational+platform+for+prototyping+closed-loop+neuromodulation+systems.+Frontiers+in+neural+circuits.">A translational platform for prototyping closed-loop neuromodulation systems. Frontiers in neural circuits.</a> 6, (2012).</li><li>Eusebio, A., Thevathasan, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+brain+stimulation+can+suppress+pathological+synchronisation+in+parkinsonian+patients.">Deep brain stimulation can suppress pathological synchronisation in parkinsonian patients.</a> Journal of neurology, neurosurgery, and psychiatry. 82 (5), 569-573 (2011).</li><li>Little, S., Pogosyan, A., Kuhn, A. A., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beta+band+stability+over+time+correlates+with+Parkinsonian+rigidity+and+bradykinesia.">Beta band stability over time correlates with Parkinsonian rigidity and bradykinesia.</a> Experimental neurology. 236 (2), 383-388 (2012).</li></ol>

LZ, MH: ייעוץ, תמיכת נסיעה, דמי מדברים, מדטרוניק, סנט ג&#39;וד. TF: ייעוץ, AbbVie תרופות, סנט ג&#39;וד, מדטרוניק; PL: ייעוץ, דמי מדברים, מדטרוניק, סנט ג&#39;וד. PB: ייעוץ, מדטרוניק, סאפיינס.

מאמר זה מתאר שיטה חדשה למחקר והאימות של גירוי מוחי עמוק אדפטיבית בחולים לאחר ניתוח. טיפול DBS הוא חלק מהטיפול הסטנדרטי בפרקינסון, רעד חיוני ודיסטוניה והוא שהוצגו ונבחן על מגוון רחב של מצבים אחרים, כולל כאבי ראש מקובצים, אפילפסיה, תסמונת ז&#39;יל דה לה טורט, הפרעת אובססיבית כפייתית ודיכאון. בשלב נוכחי, כל פרדיגמות הגירוי הקליניות להעסיק גירוי מתמשך, פתוחה לולאה ולמרות פרדיגמות גירוי הפשוטים הללו הן לעתים קרובות יעילות, הוא קיווה שהם יכולים להיות שיפור משמעותי על ידי הפיכתם מגיבה לסמנים ביולוגיים מתאימים מחלה וכך לייעל גירוי בהודיע, סבלני אופן ספציפי. השיטה, שתואר כאן, מאפשרת הבדיקה של aDBS בחולים לאחר ניתוח המוחץ הראשון שלהם (השתלת אלקטרודה) לקראת הפנמה והשרשה של הסוללה והממריץ. באמצעות שיטה זו, הוא קיווה שישקדמי כי חוקרים יכולים לחקור את היעילות של aDBS באמצעות מגוון של סמנים ביולוגיים על פני הספקטרום של הפרעות שלDBS משמש. המצב זה יכול להוביל לניסויים במסגרת הקלינית המושתלת באופן כרוני. הפרוטוקול שיש לנו בשימוש ונמצא כי הוא מוצלח הוא שתואר לעיל. אנחנו הבחנו במספר הצעדים הקריטיים לכיוון עדין את התהליך על מנת להשיג aDBS המוצלח. פרמטרים שניתן לשלוט בהתקנת aDBS פשוטה זו כוללים מתח, סף הדק, מגע גירוי ומשך בוטש. אלה חייבים להיות מאוזנת מול כל תופעות הלוואי של מעבר גירוי לסירוגין (נימול), בעיות טכניות (&#39;עצמי&#39; חוזר מפעילה) ויעילות קלינית. מיתוג גירוי לסירוגין גורם לחפץ תלוי מתח בLFP שלמרות סינון, עלול לדלוף לתוך טווח התדרים של עניין. אם זה קשה, זה יכול לגרום למערכת הדק עצמי גם בהיעדרו שלהעלאה באות הסמן הביולוגי,-כאן פעילות בטא בפוטנציאל בתחום המקומי. זה לא מייצג את נושא בטיחות כ ביעילות התוצאה aDBS להיות בכל הזמן, ולכן מחקה CDBs אשר ידוע כדי להיות בטוח. עם זאת, זה יגרום לחוסר תגובתיות למשרעת בטא ולכן האובדן של כל תועלת פוטנציאלית של aDBS מעל CDBs. מצאנו כי, במידת צורך, ניתן למנוע מפעילות עצמי על ידי הפחתת מתח הגירוי, להעלות את הסף או שינוי קשר הגירוי. 250 ramping האלפיות השני של גירוי לסירוגין נמצא פשרה משביעת רצון בנוגע למניעה נימולה תוך שמירה על ההיענות של aDBS. בשלב נוכחי פרמטרים צריכים להיות מותאמים heuristically על מנת להשיג את פרופיל התגובה הטוב ביותר בחולים בודדים ואנחנו לא זיהינו עדיין כללים עקביים שחלים ברמת הקבוצה כדי להשיג את זה באופן מהימן. עם זאת, בכל החולים למדו עד כה, מצאנוכי ההתאמה היוריסטי של מתח, סף גירוי הדק ומגע אפשרה aDBS היעיל, ופרמטרים אופטימליים זוהו בפחות מ 30 דקות. יש לקוות כי הניהול של תופעות לוואי (נימול מ/ כיבוי מיתוג) וזיהום חפץ (אולי קשור לקיבול רקמות אלקטרודה) יכול להיחקר יותר ולהבין טוב יותר כדי להפיק כללים כלליים יותר בנוגע למזעורם. מרחב פרמטר הפוטנציאל לחיפושי גם יהפוך גדול יותר ויותר מסובך כמו המורכבות של סמנים ביולוגיים ואלגוריתמי גירוי לגדול. לדוגמא, יחסים בתדירות גבוהים כוח, צימוד משרעת שלב והשתנות בטא כולם הוכחו מתייחסים למדינת פרקינסון 9,10,12,17. השיטה המתוארת במאמר זה צריכה לאפשר החקירה השיטתית של פרמטרים כגון והשפעתם על היעילות הקלינית של גירוי בנוסף לפרופיל תופעות לוואי שלהם. עם זאת, לאhorough אופטימיזציה של כל הפרמטרים בעתיד צפויה להיות בהנחייתם פעם דגמי DBS ושגרת אופטימיזציה אלגוריתמית המתמקדים בתגובה של הסמן הביולוגי ולא תופעות קליניות לאפשר הגבלה של הפרמטר נעה להיות חיפשה באופן אמפירי. שיטה זו הוכיחה את צריכת חשמל משופרת ויעילות קלינית בהשוואה לDBS הקונבנציונלי ויש לו הפוטנציאל להיות שיפור נוסף בPD עם התקדמות בהבנה שלנו לגבי סמנים ביולוגיים ודפוסי גירוי. במצבים אחרים שבו DBS משמש, הרבה פחות ידוע לגבי הפתופיזיולוגיה בסיסית ולכן סמנים ביולוגיים המתאימים הם עדיין לא נקבעו באופן מלא. מחקר נוסף משמעותי נדרש לרתום באופן מלא את הפוטנציאל של aDBS בפרקינסון, ולחקור את היתכנותה במספר תנאי נוירולוגיות ונוירו פוטנציאליים אחרים שבו חומרה וירידת הערך להשתנות לאורך זמן.

מחלת פרקינסון היא הפרעה נפוצה בחומרה השבתת ניווניות תנועה עבורה טיפול רפואי לטווח הארוך הוא לא מספק 1. DBS הוא יעיל לפ&quot;ד עקשן רפואי מתקדם, אך מוגבל במונחים של יעילות, תופעות לוואי ויעלה 2. גירוי קונבנציונלי מוגדר heuristically על ידי רופא מומחה בהפרעות תנועה והשאיר פועל ברציפות ללא שינוי עד לביקור במרפאת הקרובה. פרמטרים גירוי אופייניים הם 60 רוחב msec דופק, עוצמת 3 V, ו130 חזרה הרץ. עם זאת, גירוי מתח גבוה רציף זה עלול להפריע לתפקוד מוטורי נורמלי 3. כמה שצעדת לב השתנה בהצלחה ממערכות לולאה פתוחה פשוטות למערכות לולאה סגורה תגובה מורכבת, עם שיפור קשור בתוצאה, הוא קיווה כי DBS יכול באופן דומה ניתן לשפר בכך שהוא מגיב למקצבי מוח הבסיסיים - DBS אדפטיבית (aDBS) 4 , 5. בordאה לממש aDBS, זה קודם כל קריטי לזהות סמנים ביולוגיים אמינים של מחלה. מחלת פרקינסון מתאפיינת בביתא הבולטת (13-33 הרץ) תנודות שנרשמו לאורך כל מעגל גרעיני בסיס 2. תנודות אלה בטא מדוכאות על ידי levodopa וDBS באופן יחסי לשיפור במצבו הקליני 6,7. הם יציבים וחזקים בטווח הארוך וניתן להקליט מאותו אלקטרודות המשמשות לDBS הקליני מה שהופך אותם למטרות אטרקטיביות לסמנים ביולוגיים 8. בנוסף לתנודות בטא, טווח של סמנים ביולוגיים אחרים, מורכבים יותר, פוטנציאל זוהה אשר הוכח להתייחס לחומרת הסימפטומים 2,9-12. הוכחת עיקרון של aDBS יש עכשיו כבר הוכיחה שבאינה - מודל הפרימטים אנושי של 13 פ&quot;ד. זה משמש הנוירון מוטורי בקליפת המוח אחד לשלוט גירוי עם ירי של נוירון מפעילה גירוי DBS באיחור קבוע. המחקר דיווח כי להסתגלגירוי ive היה יעיל יותר מDBS הקונבנציונלי. העבודה אחרונות מאז הרחיבה בהצלחה aDBS לבני אדם, לשיטה המוצגת במאמר יופיטר זה 14. מחקר זה בדק חולים עם PD בתקופה שלאחר הניתוח המיידית לפני ההפנמה של החוטים שלהם וחיבור לסוללה / ממריצם. תנודות ביתא היו במעקב בזמן אמת באינטרנט ומשמשות לשליטה על התזמון של גירוי בתדר גבוה. זה הוביל לירידה&gt; 50% בצריכת חשמל ושיפור 25% בליקוי מוטורי בהשוואה לגירוי סטנדרטי. תוצאות אלו צריכים להיות משוכפלים במדינה המושתלת הכרוניים שבו סף גירוי ופרמטרים אפקטיביים יכולים לשנות, כמו גם רמות תרופה. ככזה, סמנים ביולוגיים ואלגוריתמי שליטה ייתכן שיצטרכו להיות מותאמים ומתאימים בהתאם, ואכן עשויים בהחלט דורשים מורכבות גדולות יותר להסתגל לנוף פרמטר שונה זה. מכשירים שמצוידים לטווח ארוך יותר stimulation והקלטה נמצאים כרגע בשלבי פיתוח וtrialed במחקר הגדרת 15. בינתיים יש צורך בפלטפורמה שתאפשר את היתרונות האפשריים של DBS אדפטיבית והאלגוריתמים העומדים בבסיס הביצועים שלו להיות מוערכים יותר ומעודנים. זהו צעד חשוב, כמו טעויות וגישות תת אופטימלית קשות יותר להפוך פעם אחת מערכות הם הפנימו לשימוש כרוני. יתר על כן, מחקרים חריפים נחוצים כדי להניע את המאמצים להתגבר על האתגרים הגלומים בפיתוח מערכת אדפטיבית מופנמת כרונית DBS. מטרתו של דו&quot;ח שיטות זה היא לאפשר לחוקרים לבחון מגוון של סמנים ביולוגיים שונים ופרדיגמות גירוי בחולי DBS וכדי לייעל את הפרמטרים כדי למקסם את היעילות ולהקטין את תופעות לוואי / צריכת חשמל. זוהי השיטה הראשונה מסוגו על מנת להיות יעיל בחולים עם מחלת פרקינסון, ובכל זאת היא יחסית פשוט וקל ליישום. השיטה נועדה to לחקור כל מטופל DBS שעבורם יש סמן ביולוגי LFP ידוע ושיש לו תקופה של החצנה שלאחר ניתוח (תקופה של השבוע עד 1 כאשר חוטי האלקטרודה הם תוספת גולגולתי וזמינים לניסויים לקראת הכנסת סוללות / ממריץ).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">StimRecord Amplifier (3-37 Hz)</td>
			<td style="width:71px;">In house</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td style="width:167px;">Common mode rejection, 3-37Hz (bandpass), x9500 amplifier. See - Eusebio, A et al. Deep brain stimulation can suppress pathological synchronisation in parkinsonian patients. JNNP (5), 569&#8211;573 (2011)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">1401 Digital acquisition unit</td>
			<td style="width:71px;">CED</td>
			<td style="width:119px;">Micro 1401-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Spike 2 software</td>
			<td style="width:71px;">CED</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Stimulator</td>
			<td style="width:71px;">In house</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>Biphase, variable, ramped stimulator. See - Little et al. Adaptive deep brain stimulation in advanced Parkinson&#39;s disease. Annals of Neurology 2013.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Gel electrode reference pad</td>
			<td style="width:71px;">Axelgaard</td>
			<td style="width:119px;">895220</td>
			<td>5x5 cm PALS platinum gel electrode pad</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

controlling parkinson's disease with adaptive deep brain stimulation

גירוי המוחי עמוק מסתגל (aDBS) יש את הפוטנציאל לשפר את הטיפול במחלת פרקינסון על ידי אופטימיזציה של גירוי בזמן אמת בהתאם לתנודות במצב מחלה וטיפול תרופתי. במימוש הנוכחי של DBS אדפטיבית להקליט ולעורר מאלקטרודות מושתלות DBS בגרעין subthalamic של חולים עם מחלת פרקינסון בתקופה שלאחר הניתוח מוקדם. פוטנציאל בתחום מקומי הם אנלוגי מסונן בין 3 ל 47 הרץ לפני שעבר ליחידת רכישת נתונים שבו הם מסוננים דיגיטלי שוב סביב הפסגה בטא הספציפית המטופל, לתקן והחליקו לתת קריאה מקוונת של משרעת בטא. סף למשרעת בטא מוגדר heuristically, שאם חצה, עובר אות הדק לממריץ. ממריץ אז רמפות את גירוי למתח יעיל מבחינה קלינית שנקבע מראש מעל 250 אלפיות שניים וממשיך לעורר עד משרעת בטא שוב נופל מתחת לסף.הגירוי ממשיך בדרך זו עם פרקים קצרים של DBS ramped בתקופות של כוח בטא גבוה. יעילות קלינית מוערכת לאחר תקופה מינימאלית של התייצבות (5 דק &#39;) באמצעות וידאו הערכת unblinded והעיוורת של תפקוד מוטורי באמצעות מבחר של עשרות מסולם פרקינסון Unified דירוג (UPDRS). מחקר שנערך לאחרונה הוכיח הפחתה בצריכת חשמל עם aDBS כמו גם שיפור בציונים קליניים בהשוואה לDBS הקונבנציונלי. aDBS כרוני יכול עכשיו להיות trialed בפרקינסון.

לאחרונה תוצאות שימוש בשיטה זו כבר פורסמו בפרוטוקול זה למשרעת בטא (איור 1) 14. מחקר זה הראה כי גירוי קליני יעיל יכול להיות מושגת על אף הפחתה&gt; 50% בזמן בגירוי (p &lt;0.001). זה היה גם ציין כי זמן על גירוי נטה לרדת בהדרגה, למרות סף הדק קבוע (זנב 2, 1-מדגם מבחן t, t = 7 3.2, p = 0.01). עשרות מוטוריים שופרו על ידי 66% ו50% במהלך aDBS בתנאי unblinded והתעוורו, בהתאמה. למרות הכמות מופחתת של גירוי בסך הכל - תוצאה קלינית הייתה 29% (p = 0.03) ו27% (p = 0.005) טובה יותר בקבוצת aDBS בהשוואה לקבוצת DBS הקונבנציונלית (לא עיוור והתעוור בהתאמה, איור 2). <img alt="איור 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51403/51403fig1highres.jpg"src = &quot;/ files/ftp_upload/51403/51403fig1.jpg&quot; /&gt; איור 1. התקנה ניסיונית. התקנה ניסיונית לגירוי מוחי עמוק אדפטיבית בנושאי מוחצן. פוטנציאל בתחום מקומי דו קוטבי (LFP) עובר דרך מגבר StimRecord מותאם אישית שנבנה שמסנן (3-37 הרץ) ומעצים (X9, 100). הפלט האנלוגי (א &#39;) הוא עבר ליחידת רכישת נתונים, שממירה אותו לאות דיגיטלי (ד&#39;) כי הוא מוצג במחשב נייד. האות מסונן דיגיטלי סביב הפסגה בטא בזמן אמת והמיר למשרעת ביתא על ידי תיקון והחלקה. סף מוגדר שמפעיל גירוי במונטאז&#39; monopolar בין 2 אלקטרודות ההקלטה דו קוטבית כאשר כוח הבטא עובר את הסף. גירוי מסתיים כאשר כוח הבטא יורד שוב מתחת לסף. (הודפס מחדש באישור מAnnals of Neurology.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51403/51403fig1highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה בlar</a>גרסת ger של נתון זה. <img alt="איור 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51403/51403fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51403/51403fig2.jpg" /> איור 2. שיפורים קליניים. שינוי ממוצע ± SEM% בציוני UPDRS hemibody (פריטי 20, 22, ו23) עם תנאי גירוי שונים כפי שהוערך unblinded במהלך המפגשים הניסויי (א) או מהקלטות וידאו על ידי מומחים עיוורים (ב &#39;). Asterixes לציין הבדלים משמעותיים הבאים תיקון להשוואות מרובות על ידי הליך שיעור גילוי השווא. כל השינויים היו משמעותיים ממדינת unstimulated, למעט הציון עיוור לגירוי אקראי (הודפס מחדש באישור מAnnals of Neurology.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51403/51403fig2highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר</a>של נתון זה.

Watch this Scientific Journal Video about Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation at JoVE.com

Controlling Parkinson&#039;s Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

גירוי מוחי עמוק מסתגל (aDBS) הוא יעיל לטיפול במחלת פרקינסון, שיפור סימפטומים והפחתת צריכת חשמל בהשוואה לגירוי מוחי עמוק קונבנציונלי (CDBs). בaDBS אנו עוקבים אחר סמן ביולוגי מקומי שדה פוטנציאלי (משרעת oscillatory בטא) בזמן אמת ולהשתמש בזה כדי לשלוט בעיתוי של גירוי.

שליטה מחלת פרקינסון עם מסתגל עמוק גירוי המוח

Adaptive deep brain stimulation (aDBS) has the potential to improve the treatment of Parkinson&#39;s disease by optimizing stimulation in real time ...

controlling-parkinson-s-disease-with-adaptive-deep-brain-stimulation

Research

JoVE Journal

Medicine

Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

22.0K Views.  University of Oxford.  גירוי מוחי עמוק מסתגל (aDBS) הוא יעיל לטיפול במחלת פרקינסון, שיפור סימפטומים והפחתת צריכת חשמל בהשוואה לגירוי מוחי עמוק קונבנציונלי (CDBs). בaDBS אנו עוקבים אחר סמן ביולוגי מקומי שדה פוטנציאלי (משרעת oscillatory בטא) בזמן אמת ולהשתמש בזה כדי לשלוט בעית?...

Video: Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

Intra-Operative Behavioral Tasks in Awake Humans Undergoing Deep Brain Stimulation Surgery

Deep brain stimulation (DBS) is a surgical procedure that directs chronic, high frequency electrical stimulation to specific targets in the brain through implanted electrodes. Deep brain stimulation was first implemented as a therapeutic modality by Benabid et al. in the late 1980s, when he used this technique to stimulate the ventral intermediate nucleus of the thalamus for the treatment of tremor 1. Currently, the procedure is used to treat patients who fail to respond adequately to medical management for diseases such as Parkinson's, dystonia, and essential tremor. The efficacy of this procedure for the treatment of Parkinson's disease has been demonstrated in well-powered, randomized controlled trials 2. Presently, the U.S. Food and Drug Administration has approved DBS as a treatment for patients with medically refractory essential tremor, Parkinson's disease, and dystonia. Additionally, DBS is currently being evaluated for the treatment of other psychiatric and neurological disorders, such as obsessive compulsive disorder, major depressive disorder, and epilepsy. 
DBS has not only been shown to help people by improving their quality of life, it also provides researchers with the unique opportunity to study and understand the human brain. Microelectrode recordings are routinely performed during DBS surgery in order to enhance the precision of anatomical targeting. Firing patterns of individual neurons can therefore be recorded while the subject performs a behavioral task. Early studies using these data focused on descriptive aspects, including firing and burst rates, and frequency modulation 3. More recent studies have focused on cognitive aspects of behavior in relation to neuronal activity 4,5. This article will provide a description of the intra-operative methods used to perform behavioral tasks and record neuronal data with awake patients during DBS cases. Our exposition of the process of acquiring electrophysiological data will illuminate the current scope and limitations of intra-operative human experiments.

Deep brain stimulation surgery offers a unique opportunity to examine information encoding in the awake human brain. This article will describe intra-operative methods used to perform cognitive and behavioral tasks while simultaneously acquiring physiological data such as EMG, single-unit neuronal activity and/or local field potentials.

תוך Operative משימות ההתנהגות בבני אדם ער שעברו ניתוח עמוק גירוי המוח

Deep brain stimulation (DBS) is a surgical procedure that directs chronic, high frequency electrical stimulation to specific targets in the brain through ...

Development of a Unilaterally-lesioned 6-OHDA Mouse Model of Parkinson's Disease

The unilaterally lesioned 6-hyroxydopamine (6-OHDA)-lesioned rat model of Parkinson's disease (PD) has proved to be invaluable in advancing our understanding of the mechanisms underlying parkinsonian symptoms, since it recapitulates the changes in basal ganglia circuitry and pharmacology observed in parkinsonian patients1-4. However, the precise cellular and molecular changes occurring at cortico-striatal synapses of the output pathways within the striatum, which is the major input region of the basal ganglia remain elusive, and this is believed to be site where pathological abnormalities underlying parkinsonian symptoms arise3,5.
In PD, understanding the mechanisms underlying changes in basal ganglia circuitry following degeneration of the nigro-striatal pathway has been greatly advanced by the development of bacterial artificial chromosome (BAC) mice over-expressing green fluorescent proteins driven by promoters specific for the two striatal output pathways (direct pathway: eGFP-D1; indirect pathway: eGFP-D2 and eGFP-A2a)8, allowing them to be studied in isolation. For example, recent studies have suggested that there are pathological changes in synaptic plasticity in parkinsonian mice9,10. However, these studies utilised juvenile mice and acute models of parkinsonism. It is unclear whether the changes described in adult rats with stable 6-OHDA lesions also occur in these models. Other groups have attempted to generate a stable unilaterally-lesioned 6-OHDA adult mouse model of PD by lesioning the medial forebrain bundle (MFB), unfortunately, the mortality rate in this study was extremely high, with only 14% surviving the surgery for 21 days or longer11. More recent studies have generated intra-nigral lesions with both a low mortality rate &gt;80% loss of dopaminergic neurons, however expression of L-DOPA induced dyskinesia11,12,13,14 was variable in these studies. Another well established mouse model of PD is the MPTP-lesioned mouse15. Whilst this model has proven useful in the assessment of potential neuroprotective agents16, it is less suitable for understanding mechanisms underlying symptoms of PD, as this model often fails to induce motor deficits, and shows a wide variability in the extent of lesion17, 18.
Here we have developed a stable unilateral 6-OHDA-lesioned mouse model of PD by direct administration of 6-OHDA into the MFB, which consistently causes &gt;95% loss of striatal dopamine (as measured by HPLC), as well as producing the behavioural imbalances observed in the well characterised unilateral 6-OHDA-lesioned rat model of PD. This newly developed mouse model of PD will prove a valuable tool in understanding the mechanisms underlying generation of parkinsonian symptoms.

Development of a Unilaterally-lesioned 6-OHDA Mouse Model of Parkinson&#039;s Disease

A protocol for performing unilateral 6-OHDA lesions of the medial forebrain bundle in mice is described. This method has a low mortality rate (13.3 %) with 89% of the surviving animals showing &#62;95% loss of striatal dopamine and 90.63&#177;-4.02 % ipsiversive rotational bias towards the side of the lesion.

פיתוח מודל חד צדדי, lesioned מאוס 6-OHDA של מחלת פרקינסון

The unilaterally lesioned 6-hyroxydopamine (6-OHDA)-lesioned rat model of Parkinson's disease (PD) has proved to be invaluable in advancing our ...

MALDI Imaging Mass Spectrometry of Neuropeptides in Parkinson's Disease

MALDI imaging mass spectrometry (IMS) is a powerful approach that facilitates the spatial analysis of molecular species in biological tissue samples2 (Fig.1). A 12 &mu;m thin tissue section is covered with a MALDI matrix, which facilitates desorption and ionization of intact peptides and proteins that can be detected with a mass analyzer, typically using a MALDI TOF/TOF mass spectrometer. Generally hundreds of peaks can be assessed in a single rat brain tissue section. In contrast to commonly used imaging techniques, this approach does not require prior knowledge of the molecules of interest and allows for unsupervised and comprehensive analysis of multiple molecular species while maintaining high molecular specificity and sensitivity2. Here we describe a MALDI IMS based approach for elucidating region-specific distribution profiles of neuropeptides in the rat brain of an animal model Parkinson's disease (PD). 
PD is a common neurodegenerative disease with a prevalence of 1% for people over 65 of age3,4. The most common symptomatic treatment is based on dopamine replacement using L-DOPA5. However this is accompanied by severe side effects including involuntary abnormal movements, termed L-DOPA-induced dyskinesias (LID)1,3,6. One of the most prominent molecular change in LID is an upregulation of the opioid precursor prodynorphin mRNA7. The dynorphin peptides modulate neurotransmission in brain areas that are essentially involved in movement control7,8. However, to date the exact opioid peptides that originate from processing of the neuropeptide precursor have not been characterized. Therefore, we utilized MALDI IMS in an animal model of experimental Parkinson's disease and L-DOPA induced dyskinesia. 
MALDI imaging mass spectrometry proved to be particularly advantageous with respect to neuropeptide characterization, since commonly used antibody based approaches targets known peptide sequences and previously observed post-translational modifications. By contrast MALDI IMS can unravel novel peptide processing products and thus reveal new molecular mechanisms of neuropeptide modulation of neuronal transmission. While the absolute amount of neuropeptides cannot be determined by MALDI IMS, the relative abundance of peptide ions can be delineated from the mass spectra, giving insights about changing levels in health and disease. In the examples presented here, the peak intensities of dynorphin B, alpha-neoendorphin and substance P were found to be significantly increased in the dorsolateral, but not the dorsomedial, striatum of animals with severe dyskinesia involving facial, trunk and orolingual muscles (Fig. 5). Furthermore, MALDI IMS revealed a correlation between dyskinesia severity and levels of des-tyrosine alpha-neoendorphin, representing a previously unknown mechanism of functional inactivation of dynorphins in the striatum as the removal of N-terminal tyrosine reduces the dynorphin's opioid-receptor binding capacity9. This is the first study on neuropeptide characterization in LID using MALDI IMS and the results highlight the potential of the technique for application in all fields of biomedical research.

MALDI Imaging Mass Spectrometry of Neuropeptides in Parkinson&#039;s Disease

Dopamine replacement pharmacotherapy using L-DOPA is the most commonly used symptomatic treatment of Parkinson&#x2019;s disease, but is accompanied by side effects including involuntary abnormal movements, termed dyskinesia 1. Here, a protocol for MALDI imaging mass spectrometry is presented that detects changes in rat brain neuropeptide levels related to dyskinesia.

MALDI הדמיה ספקטרומטריית מסה של נוירופפטידים אצל חולי פרקינסון

MALDI imaging mass spectrometry (IMS) is a powerful approach that facilitates the spatial analysis of molecular species in biological tissue samples2 ...

Skin Punch Biopsy Explant Culture for Derivation of Primary Human Fibroblasts

Tissues and cell lines derived from an individual with disease are ideal sources to study disease-related cellular phenotypes. Patient-derived fibroblasts in this protocol have been successfully used in the derivation of induced pluripotent stem cells to model disease1. Early passages of these fibroblasts can also be used for cell-based functional assays to study specific disease pathways, mechanisms2 and subsequent drug screening approaches. The advantage of the presented protocol over enzymatic procedures are 1) the reproducibility of the technique from small amounts of tissue derived from older patients, e.g. patients affected with Parkinson's disease, 2) the technically simple approach over more challenging methodologies using enzymatic treatments, and 3) the time consideration: this protocol takes 15-20 min and can be performed immediately after biopsy arrival. Enzymatic treatments can take up to 4 hr and have the problems of overdigestion, reduction of cell viability and subsequent attachment of cells when not handled properly. This protocol describes the dissection and preparation of a 4-mm human skin biopsy for derivation of a fibroblast culture and has a very high success rate which is important when dealing with patient-derived tissue samples. In this culture, keratinocytes migrate out of the biopsy tissue within the first week after preparation. Fibroblasts appear 7-10 days after the first outgrowth of keratinocytes. DMEM high glucose media supplemented with 20% FBS favors the growth of fibroblasts over keratinocytes and fibroblasts will overgrow the keratinocytes. After 2 passages keratinocytes have been diluted out resulting in relatively homogenous fibroblast cultures which expresses the fibroblast marker SERPINH1 (HSP-47). Using this approach, 15-20 million fibroblasts can be derived in 4-8 weeks for cell banking. The skin dissection takes about 15-20 min, cells are then monitored once a day under the microscope, and media is changed every 2-3 days after attachment and outgrowth of cells.

The fibroblast explant culture protocol from human skin punch biopsies is a technically robust and simple way to derive skin cells within 4-8 weeks for banking of about 15-20 million cells at a low passage number.

תרבות explant עור אגרוף ביופסיה לגזירה של fibroblasts אדם היסודי

Tissues and cell lines derived from an individual with disease are ideal sources to study disease-related cellular phenotypes. Patient-derived fibroblasts ...

Isolation of Soluble and Insoluble PrP Oligomers in the Normal Human Brain

The central event in the pathogenesis of prion diseases involves a conversion of the host-encoded cellular prion protein PrPC into its pathogenic isoform PrPSc 1. PrPC is detergent-soluble and sensitive to proteinase K (PK)-digestion, whereas PrPSc forms detergent-insoluble aggregates and is partially resistant to PK2-6. The conversion of PrPC to PrPSc is known to involve a conformational transition of &alpha;-helical to &beta;-sheet structures of the protein. However, the in vivo pathway is still poorly understood. A tentative endogenous PrPSc, intermediate PrP* or "silent prion", has yet to be identified in the uninfected brain7.
Using a combination of biophysical and biochemical approaches, we identified insoluble PrPC aggregates (designated iPrPC) from uninfected mammalian brains and cultured neuronal cells8, 9. Here, we describe detailed procedures of these methods, including ultracentrifugation in detergent buffer, sucrose step gradient sedimentation, size exclusion chromatography, iPrP enrichment by gene 5 protein (g5p) that specifically bind to structurally altered PrP forms10, and PK-treatment. The combination of these approaches isolates not only insoluble PrPSc and PrPC aggregates but also soluble PrPC oligomers from the normal human brain. Since the protocols described here have been used to isolate both PrPSc from infected brains and iPrPC from uninfected brains, they provide us with an opportunity to compare differences in physicochemical features, neurotoxicity, and infectivity between the two isoforms. Such a study will greatly improve our understanding of the infectious proteinaceous pathogens. The physiology and pathophysiology of iPrPC are unclear at present. Notably, in a newly-identified human prion disease termed variably protease-sensitive prionopathy, we found a new PrPSc that shares the immunoreactive behavior and fragmentation with iPrPC 11, 12. Moreover, we recently demonstrated that iPrPC is the main species that interacts with amyloid-&beta; protein in Alzheimer disease13. In the same study, these methods were used to isolate Abeta aggregates and oligomers in Alzheimer's disease13, suggesting their application to non-prion protein aggregates involved in other neurodegenerative disorders.

A new species of cellular prion protein (PrPC) has recently been identified in uninfected human brains using the methods described here. These methods can be used to isolate various PrP species, while some of them are also useful in isolating other misfolded protein aggregates from human brains.

בידוד של oligomers PRP המסיס ובלתי מסיס במוח האנושי הרגיל

The central event in the pathogenesis of prion diseases involves a conversion of the host-encoded cellular prion protein PrPC into its pathogenic isoform ...

The Use of Primary Human Fibroblasts for Monitoring Mitochondrial Phenotypes in the Field of Parkinson's Disease

Parkinson's disease (PD) is the second most common movement disorder and affects 1% of people over the age of 60 1. Because ageing is the most important risk factor, cases of PD will increase during the next decades 2. Next to pathological protein folding and impaired protein degradation pathways, alterations of mitochondrial function and morphology were pointed out as further hallmark of neurodegeneration in PD 3-11.
After years of research in murine and human cancer cells as in vitro models to dissect molecular pathways of Parkinsonism, the use of human fibroblasts from patients and appropriate controls as ex vivo models has become a valuable research tool, if potential caveats are considered. Other than immortalized, rather artificial cell models, primary fibroblasts from patients carrying disease-associated mutations apparently reflect important pathological features of the human disease.
Here we delineate the procedure of taking skin biopsies, culturing human fibroblasts and using detailed protocols for essential microscopic techniques to define mitochondrial phenotypes. These were used to investigate different features associated with PD that are relevant to mitochondrial function and dynamics. Ex vivo, mitochondria can be analyzed in terms of their function, morphology, colocalization with lysosomes (the organelles degrading dysfunctional mitochondria) and degradation via the lysosomal pathway. These phenotypes are highly relevant for the identification of early signs of PD and may precede clinical motor symptoms in human disease-gene carriers. Hence, the assays presented here can be utilized as valuable tools to identify pathological features of neurodegeneration and help to define new therapeutic strategies in PD.

The Use of Primary Human Fibroblasts for Monitoring Mitochondrial Phenotypes in the Field of Parkinson&#039;s Disease

Fibroblasts from patients carrying mutations in Parkinson's disease-causing genes represent an easily accessible ex vivo model to study disease-associated phenotypes. Live cell imaging gives the opportunity to study morphological and functional parameters in living cells. Here we describe the preparation of human fibroblasts and subsequent monitoring of mitochondrial phenotypes.

השימוש בפיברובלסטים אנושיים ראשוניים לניטור פנוטיפים מיטוכונדריאלי בתחום מחלת פרקינסון

Parkinson's disease (PD) is the second most  common movement disorder and affects 1% of people over the age of 60 1. Because ageing is  the most important ...

Gene-environment Interaction Models to Unmask Susceptibility Mechanisms in Parkinson's Disease

Lipoxygenase (LOX) activity has been implicated in neurodegenerative disorders such as Alzheimer&#39;s disease, but its effects in Parkinson&#39;s disease (PD) pathogenesis are less understood. Gene-environment interaction models have utility in unmasking the impact of specific cellular pathways in toxicity that may not be observed using a solely genetic or toxicant disease model alone.&#160;To evaluate if distinct LOX isozymes selectively contribute to PD-related neurodegeneration, transgenic (i.e. 5-LOX and 12/15-LOX deficient) mice can be challenged with a toxin that mimics cell injury and death in the disorder.&#160;Here we describe the use of a neurotoxin, 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP), which produces a nigrostriatal lesion to elucidate the distinct contributions of LOX isozymes to neurodegeneration related to PD. The use of MPTP in mouse, and nonhuman primate, is well-established to recapitulate the nigrostriatal damage in PD.&#160;The extent of MPTP-induced lesioning is measured by HPLC analysis of dopamine and its metabolites and semi-quantitative Western blot analysis of striatum for tyrosine hydroxylase (TH), the rate-limiting enzyme for the synthesis of dopamine. To assess inflammatory markers, which may demonstrate LOX isozyme-selective sensitivity, glial fibrillary acidic protein (GFAP) and Iba-1 immunohistochemistry are performed on brain sections containing substantia nigra, and GFAP Western blot analysis is performed on striatal homogenates.&#160;This experimental approach can provide novel insights into gene-environment interactions underlying nigrostriatal degeneration and PD.

Gene-environment Interaction Models to Unmask Susceptibility Mechanisms in Parkinson&#039;s Disease

Lipoxygenase (LOX) isozymes can generate products that may increase or decrease neuroinflammation and neurodegeneration.&#160;A gene-environment interaction study could identify LOX isozyme-specific effects. Using the 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) model of nigrostriatal damage in two LOX isozyme-deficient transgenic lines allows for comparison of the contribution of LOX isozymes on dopaminergic integrity and inflammation.

מודלים לאינטראקציה בין סביבת גנים כדי לחשוף מנגנוני רגישות במחלת פרקינסון

Lipoxygenase (LOX) activity has been implicated in neurodegenerative disorders such as Alzheimer&#39;s disease, but its effects in Parkinson&#39;s disease ...

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

Examining molecular mechanisms involved in neuropathological conditions, such as ischemic stroke, can be difficult when using whole animal systems. As such, primary or &#39;neuronal-like&#39; cell culture systems are commonly utilized. While&#160;these systems are relatively easy to work with, and are useful model systems in which various functional outcomes (such as cell death) can be readily quantified, the examined outcomes and pathways in cultured immature neurons (such as excitotoxicity-mediated cell death pathways) are not necessarily the same as those observed in mature brain, or in intact tissue. Therefore, there is the need to develop models in which cellular mechanisms in mature neural tissue can be examined. We have developed an in vitro technique that can be used to investigate a variety of molecular pathways in intact nervous tissue. The technique described herein utilizes rat cortical tissue, but this technique can be adapted to use tissue from a variety of species (such as mouse, rabbit, guinea pig, and chicken) or brain regions (for example, hippocampus, striatum, etc.). Additionally, a variety of stimulations/treatments can be used (for example, excitotoxic, administration of inhibitors, etc.). In conclusion, the brain slice model described herein can be used to examine a variety of molecular mechanisms involved in excitotoxicity-mediated brain injury.

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

We have developed a brain slice model which can be used to examine molecular mechanisms involved in excitotoxicity-mediated brain injury.&#160;This technique generates viable mature brain tissue and reduces animal numbers required for experimentation, whilst keeping the neuronal circuitry, cellular interactions, and postsynaptic compartments partly intact.

הפעלת יתר רעיל גירוי של המוח כMicroslices<em&gt; במבחנה</em&gt; דגם של שבץ

Examining molecular mechanisms involved in neuropathological conditions, such as ischemic stroke, can be difficult when using whole animal systems. As ...

Using Saccadometry with Deep Brain Stimulation to Study Normal and Pathological Brain Function

The oculomotor system involves a large number of brain areas including parts of the basal ganglia, and various neurodegenerative diseases including Parkinson's and Huntington's can disrupt it. People with Parkinson's disease, for example, tend to have increased saccadic latencies. Consequently, the quantitative measurement of saccadic eye movements has received considerable attention as a potential biomarker for neurodegenerative conditions. A lot more can be learned about the brain in both health and disease by observing what happens to eye movements when the function of specific brain areas is perturbed. Deep brain stimulation is a surgical intervention used for the management of a range of neurological conditions including Parkinson's disease, in which stimulating electrodes are placed in specific brain areas including several sites in the basal ganglia. Eye movement measurements can then be made with the stimulator systems both off and on and the results compared. With suitable experimental design, this approach can be used to study the pathophysiology of the disease being treated, the mechanism by which DBS exerts it beneficial effects, and even aspects of normal neurophysiology.

This paper describes the use of quantitative measurement of eye movements in conjunction with stimulation of focal areas of the deep brain in order to study physiology, pathophysiology, and the mechanisms of deep brain stimulation.

שימוש Saccadometry עם דיפ גירוי המוח לחקר תפקוד מוח נורמלי ופתולוגיים

The oculomotor system involves a large number of brain areas including parts of the basal ganglia, and various neurodegenerative diseases including ...

Development of an Alpha-synuclein Based Rat Model for Parkinson's Disease via Stereotactic Injection of a Recombinant Adeno-associated Viral Vector

In order to study the molecular pathways of Parkinson&#39;s disease (PD) and to develop novel therapeutic strategies, scientific investigators rely on animal models. The identification of PD-associated genes has led to the development of genetic PD models. Most transgenic &#945;-SYN mouse models develop gradual &#945;-SYN pathology but fail to display clear dopaminergic cell loss and dopamine-dependent behavioral deficits. This hurdle was overcome by direct targeting of the substantia nigra with viral vectors overexpressing PD-associated genes. Local gene delivery using viral vectors provides an attractive way to express transgenes in the central nervous system. Specific brain regions can be targeted (e.g. the substantia nigra), expression can be induced in the adult setting and high expression levels can be achieved. Further, different vector systems based on various viruses can be used. The protocol outlines all crucial steps to perform a viral vector injection in the substantia nigra of the rat to develop a viral vector-based alpha-synuclein animal model for Parkinson&#39;s disease.

Development of an Alpha-synuclein Based Rat Model for Parkinson&#039;s Disease via Stereotactic Injection of a Recombinant Adeno-associated Viral Vector

This manuscript describes how viral vector-mediated local gene delivery provides an attractive way to express transgenes in the central nervous system. The protocol outlines all crucial steps to perform a viral vector injection in the substantia nigra of the rat to develop a viral vector-based animal model for Parkinson's disease.

פיתוח של מודל עכברוש מבוסס אלפא-synuclein עבור מחלת פרקינסון באמצעות הזרקת stereotactic של וקטור ויראלי הקשורים מוקטורים

In order to study the molecular pathways of Parkinson&#39;s disease (PD) and to develop novel therapeutic strategies, scientific investigators rely on ...