Questo studio è stato finanziato dalla neuromodulazione Boston Scientific.

1. Introduzione: Stimolazione del midollo spinale, o SCS, è stata clinicamente in vigore dal 1967, quando il dottor Norman Shealy prima impiantati elettrodi di stimolazione sopra le colonne dorsali, nel tentativo di fornire sollievo per i pazienti con cronico, dolore intrattabile (Shealy et al., 1967). SCS è l&#39;applicazione clinica della Teoria Gate, che postula che l&#39;attivazione di grandi mieliniche dei nervi afferenti che mediano il tatto e le sensazioni di pressione, in grado di inibire, o &quot;chiudere il cancello&quot; sulla trasmissione di segnali di dolore al centri superiori del cervello (Melzack &amp; Muro , 1965). La tecnologia per SCS è migliorata nel corso dei decenni, con attrezzature stimolazione più affidabili meglio progettati per stimolare le colonne dorsali si è evoluta. Chiave di questi miglioramenti è stata una maggiore comprensione della neuroanatomia e neurofisiologia del midollo spinale clinici rilevanti per la stimolazione elettrica. Questa comprensione è stata avanzata dalla modellazione computazionale di SCS. Modelli computazionali dei neuroni è stato utilizzato per capire i meccanismi di base per la stimolazione neurale dal modello matematico Hodgkin e Huxley fu descritta per la prima (Hodgkin e Huxley, 1952). L&#39;attività neurale è modulata da campi elettrici applicati come iniezione di corrente intracellulare ed extracellulare campi di potenziale. Ranck qualitativamente discusso di come i cambiamenti nella tensione extracellulare nelle vicinanze di un assone causa alcune regioni della membrana dell&#39;assone di depolarizzare e gli altri a hyperpolarize (Ranck, 1975). Un modello computazionale per SCS è stato inizialmente sviluppato da Coburn e Sin (Coburn, 1980) ed è stato significativamente promosso da Holsheimer e colleghi, a cominciare da Struijk Holsheimer e lo sviluppo di un modello a tre dimensioni campo di SCS (Holsheimer e Struijk, 1988). Il loro modello computazionale stimato l&#39;effetto di parametri anatomici sulle soglie delle fibre della colonna dorsale (Struijk et al., 1992), ha predetto il luogo potenziale di eccitazione delle fibre della radice dorsale (Struijk et al. 1993b) e ha analizzato l&#39;effetto del QCS spessore (Struijk et al, 1993a.) con validazioni cliniche (He et al, 1994;. Holsheimer et al, 1995a;.. Holsheimer et al, 1994). Il modello ha contribuito in modo significativo alla progettazione del design stimolazione piombo, suggerendo i parametri ottimali per la dimensione di contatto e distanza (Holsheimer e Struijk, 1992; Holsheimer e Wesselink, 1997), per favorire la stimolazione preferenziale delle fibre della colonna dorsale in fibra root (Holsheimer et al. 1995b). 2. Metodi: Definition Model matematica Un matematico agli elementi finiti (FEM) è stato creato il modello del basso-toracica del midollo spinale e il suo ambiente circostante. Il modello FEM consisteva in materia midollo spinale bianco e grigio, il liquido cerebro-spinale, dura, il tessuto spazio epidurale, osso vertebrale, e due cavi Multicontact cilindrici. Ogni cavo composto da otto cilindrico di platino-iridio contatti (domini conduzione, 3 millimetri di lunghezza e 1,25 mm di diametro), separati da 1 mm di lunghezza polimero isolante (non conduttore domini, lunghezza 1mm). I cavi sono stati posizionati dorsalmente, in cima alla dura madre, e simmetrico, 1 mm per ogni lato della linea mediana del midollo spinale. Nel modello, lo &quot;spessore&quot; dello strato di liquido cerebrospinale tra i contatti e la superficie dorsale del midollo spinale (DCSF) è stato specificato da 3,2 mm. La geometria del modello è illustrato in Figura 1A e resistività elettrica sono riportati nella tabella I, i valori provenienti prevalentemente dalla letteratura (Holsheimer, 2002;. Wesselink et al, 1999). Il volume è stato maglie con oltre 1 milioni di nodi, con una alta densità della mesh nella zona vicino a dove si trovano gli elettrodi come illustrato in Figura 1B. <img src="/files/ftp_upload/2443/2443fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1. Rappresentazione della mesh della FEM per il midollo spinale e portare Multicontact. (A) Componenti e struttura del modello. (B) rete Modello - solo la parte alta densità viene mostrato. La maglia è stata segmentata in sezioni di densità nodo variabile: nei pressi dei contatti (≤ 300 micron), isolante, durata e del midollo spinale (≤ 750 micron); spazio epidurale (≤ 3000 micron) e osso vertebrale (≤ 5000 micron). <img src="/files/ftp_upload/2443/2443table1.jpg" alt="Tabella 1" /> Tabella 1 valori di resistività dei domini FEM (Holsheimer, 2002;. Wesselink e coll, 1999). E modificazione (spazio epidurale) associare ai dati clinici. La geometria del midollo spinale (Figura 2) è stato creato utilizzando una combinazione di caratteristiche da fonti di letteratura. La sezione del cavo è stato derivato da Kameyama et al, e la dorsale principale (DR) traiettoria di Struijk et al è stato adottato (Kameyama et al, 1996;... Struijket al. 1993b). Colonna dorsale (DC) le fibre sono stati immessi sul griglia regolare di (200um per la direzione medio-laterale e 100um direzione dorsoventrale, vedi Figura 2A) e proiettata nella direzione rostrocaudal. Ogni DR è stato modellato come fibra di &#39;madre&#39; di diametro maggiore collegata alle fibre di &#39;figlia&#39; biforcato di diametro inferiore (Fig. 2B). <img src="/files/ftp_upload/2443/2443fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2. Struttura del modello del midollo spinale. (A) vista transazionale del midollo spinale e la posizione delle fibre della colonna dorsale. (B) le radici dorsali sono composti da una fibra madre e figlia fibre biforcato. La traiettoria della fibra madre era digitalizzati da Struijk 1993. (C) Tre vista dimensionale del midollo spinale e le fibre DR. Modello di indagine Una volta che i fili sono stati posizionati all&#39;interno del modello, i due tipi di stimolatori sono state attuate attraverso la definizione delle correnti di due contatti in parallelo. Per un sistema unico, ci sono tre possibili metodi per fornire corrente: a. il contatto di sinistra ha tutto il corrente; b. i due contatti ogni consegnare il 50% della corrente; c. il contatto a destra fornisce tutte le correnti. Notiamo qui che l&#39;impedenza dei due contatti è assunto pari, anche se questo è improbabile che sia vero in applicazione clinica. Per il sistema multisorgente, ogni contatto è stato definito ad avere una propria fonte di corrente controllabile in 1% modifiche incrementali di corrente tra i contatti. In altre parole, se la corrente totale consegnato i due contatti si 10mA, nel sistema multisorgente la corrente ad ogni contatto è stato specificato per ogni frazione del totale, a condizione che la somma delle correnti attraverso ogni 10mA contatti uguale. Ad esempio, il contatto più a sinistra potrebbe offrire 6,8 mA dove il contatto più a destra sarebbe poi consegnare 3,2 mA. Per il sistema multisorgente, 100 frazionale divide di corrente sono state programmate in questo modo. Per calcolare la regione di attivazione all&#39;interno delle colonne dorsali da ogni sistema, l&#39;analisi funzione di attivazione è stata effettuata. La funzione di attivazione è una approssimazione della variazione del potenziale transmembrana quando extracellulare corrente stimolante è applicata al tessuto neurale per un elettrodo data e la geometria delle fibre. La regione di attivazione è stata definita come il luogo delle fibre nel modello in cui la funzione di attivazione (o la differenza semplicemente in secondo luogo di tensioni lungo assone) hanno superato una determinata soglia (es. 0.1mV/mm2). Il punto centrale della stimolazione è stato definito e calcolato come il baricentro geometrico della 3-dimensionale regione di attivazione. Per determinare l&#39;ampiezza di stimolazione, i due contatti sono stati specificati da catodi (50% e 50% potenziale negativo su due contatti) in una configurazione monopolare (provenienti corrente erogata con equivalente della densità di corrente dai confini modello). L&#39;ampiezza di stimolazione è stato poi iterativamente aumentata fino alla fibra di prima attivazione è stato osservato (questo è stato sempre una colonna dorsale in fibra). Questa prima attivazione è stata assunta per il collegamento a prima percezione di parestesia da un paziente nella pratica clinica. Nel modello, l&#39;attuale è stato poi aumentato a 1.4 * (mA per attivare la prima fibra) e il baricentro della regione risultante di attivazione è stato calcolato. Centroidi di tutte le fasi dello sterzo (100:0 a 0:100) sono stati calcolati con ampiezza determinata nel passaggio precedente. Risoluzione media di cambiamento centroide era range posizione centroide divise da operazioni correnti. 3. Risultato: Quando sterzo stimolazione mediolaterally tra porta duale, il modello di calcolo prevede che un dispositivo indipendente con sorgenti di corrente per ogni contatto può avere come bersaglio i punti più centrali della stimolazione della colonna dorsale di un sistema unico (100 vs 3). Come risultato di ciò, la delibera di adeguamento del punto centrale della stimolazione è di 30 um con un sistema multisource, un approssimativo di 50 volte superiore rispetto ai sistemi single-source (vedi figura 3). <img src="/files/ftp_upload/2443/2443fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. Il modello di calcolo fa le seguenti previsioni. Configurazione di piombo A. doppio: 2,0 mm tra porta con la stimolazione monopolo. Dispositivi sorgente B. singolo che forniscono un&#39;unica fonte condivisa per tutti i contatti può avere come bersaglio i tre punti centrali della stimolazione quando si sposta la stimolazione mediolaterally (un passo di 1 mm in media di 2 millimetri di separazione piombo). C: Un dispositivo con una fonte di energia dedicata per ogni contatto può avere come bersaglio 100 punti centrali lateralmente nella colonna dorsale quando fractionalizing corrente con incrementi dell&#39;1%, o 10 punti centrale quando fractionalizing incrementi del 10% (un passo di 0,02 mm per 1% passi e 0,2 mm per incrementi del 10% in media).

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B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paresthesia+Thresholds+in+Spinal+Cord+Stimulation:+A+Comparison+of+Theoretical+Results+with+Clinical+Data.">Paresthesia Thresholds in Spinal Cord Stimulation: A Comparison of Theoretical Results with Clinical Data.</a> IEEE Trans Rehab Eng. 1, 101-107 (1993).</li><li>Struijk, J. J., Holsheimer, J., Boom, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excitation+of+dorsal+root+fibers+in+spinal+cord+stimulation:+a+theoretical+study.">Excitation of dorsal root fibers in spinal cord stimulation: a theoretical study.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 40, 632-639 (1993).</li><li>Struijk, J. J., Holsheimer, J., van der Heide, G. G., Boom, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recruitment+of+dorsal+column+fibers+in+spinal+cord+stimulation:+influence+of+collateral+branching.">Recruitment of dorsal column fibers in spinal cord stimulation: influence of collateral branching.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 39, 903-912 (1992).</li><li>Struijk, J. J., Holsheimer, J., van Veen, B. K., Boom, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidural+spinal+cord+stimulation:+calculation+of+field+potentials+with+special+reference+to+dorsal+column+nerve+fibers.">Epidural spinal cord stimulation: calculation of field potentials with special reference to dorsal column nerve fibers.</a> IEEE Trans Biomed Eng. 38, 104-110 (1991).</li><li>Wesselink, W. A., Holsheimer, J., King, G. W., Torgerson, N. A., Boom, H. B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Aspects+of+the+Clinical+Performance+of+Transverse+Tripolar+Spinal+Cord+Stimulation.">Quantitative Aspects of the Clinical Performance of Transverse Tripolar Spinal Cord Stimulation.</a> Neuromodulation. 2, 5-14 (1999).</li></ol>

Gli autori sono dipendenti di Neuromodulation Boston Scientific.

La capacità di stimolazione regioni centro della colonna dorsale ad alta risoluzione può permettere una migliore ottimizzazione della parestesia, dolore si sovrappongono nei pazienti. Cioè, in un dato paziente, la regione di attivazione nelle colonne dorsali può essere focalizzata su massimizzare la copertura delle aree dolorose riducendo al minimo gli effetti collaterali (a causa della stimolazione delle fibre indesiderate, che possono generare parestesia in luoghi indesiderati o creare motore o autonomo effetti).

<ul><li> NEURON ( <a href="http://www.neuron.yale.edu">http://www.neuron.yale.edu</a> ) </li><li> ANSYS (Canonsburg, PA, <a href="http://www.ansys.com">http://www.ansys.com</a> ) </li><li> Matlab (Natick, MA, <a href="http://www.mathworks.com">http://www.mathworks.com</a> ) </li></ul>

dorsal column steerability with dual parallel leads using dedicated power sources:  a computational model

Della stimolazione del midollo spinale (SCS), concordanza di stimolazione indotta parestesia su regioni del corpo doloroso è una condizione necessaria per l&#39;efficacia terapeutica. Dal momento che i modelli dolore paziente può essere unico, una configurazione di stimolo comune è il posizionamento di due cavi in ​​parallelo nello spazio epidurale dorsale. Questo costrutto consente flessibilità nella guida corrente di stimolazione mediolaterally sopra la colonna dorsale per ottenere una migliore dolore parestesia si sovrappongono. Utilizzando un modello matematico con una distribuzione accurata diametro delle fibre, abbiamo studiato la capacità di parallelo doppia porta a guidare la stimolazione tra contatti adiacenti su porta parallela a doppio uso (1) un sistema di un&#39;unica fonte, e (2) un sistema multi-source, con un dedicato sorgente di corrente per ogni contatto. Il modello di volume conduttore di un basso-toracico del midollo spinale con epidurale posizionati in parallelo due (2 separazione mm) porta via percutanea è stato creato, e il campo elettrico è stato calcolato utilizzando ANSYS, uno strumento di modellazione agli elementi finiti. La funzione di attivazione per 10 fibre um è stata calcolata come seconda differenza del potenziale extracellulare lungo i nodi di Ranvier sulle fibre nervose nella colonna dorsale. Il volume di attivazione (VOA) e il punto centrale del VOA sono stati calcolati usando una soglia predeterminata della funzione di attivazione. Il modello confrontato i risultati dello sterzo campo con fonte unica o sistemi dedicati fonte di alimentazione a doppia 8-contatto porta stimolazione. Il modello prevede che il multi-source può avere come bersaglio più punti centrali della stimolazione della colonna dorsale di un sistema unico (100 vs 3) e il passo dello sterzo significa per la guida medio-laterale è di 0,02 mm per i sistemi multi-source vs 1 millimetro per i sistemi di singola fonte, un miglioramento di 50 volte. La capacità di stimolazione regioni centro della colonna dorsale ad alta risoluzione può permettere una migliore ottimizzazione della parestesia, dolore si sovrappongono nei pazienti.

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Dorsal Column Steerability with Dual Parallel Leads using Dedicated Power Sources:  A Computational Model

Utilizzando un modello matematico di stimolazione del midollo spinale, abbiamo scoperto che un multi-source con fonti di energia indipendente per ogni contatto può avere come bersaglio più punti centrali della stimolazione della colonna dorsale (100 vs 3) e ha più di 50 volte la risoluzione dello sterzo campo ( 0,02 millimetri vs 1mm) di un sistema single-source.

Colonna dorsale Manovrabilità con cavi in ​​parallelo a doppio utilizzando fonti di alimentazione dedicati: un modello computazionale

In spinal cord stimulation (SCS), concordance of stimulation-induced paresthesia over painful body regions is a necessary condition for therapeutic ...

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11.8K Views.  Neuromodulation. Utilizzando un modello matematico di stimolazione del midollo spinale, abbiamo scoperto che un multi-source con fonti di energia indipendente per ogni contatto può avere come bersaglio più punti centrali della stimolazione della colonna dorsale (100 vs 3) e ha più di 50 volte la risoluzione dello sterzo campo ( 0,02 millimetri vs 1mm) di un sistema single-source.

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A Novel Capsulorhexis Technique Using Shearing Forces with Cystotome

Purpose:
To demonstrate a capsulorhexis technique using predominantly shearing forces with a cystotome on a virtual reality simulator and on a human eye.
Method:
Our technique involves creating the initial anterior capsular tear with a cystotome to raise a flap. The flap left unfolded on the lens surface. The cystotome tip is tilted horizontally and is engaged on the flap near the leading edge of the tear. The cystotome is moved in a circular fashion to direct the vector forces. The loose flap is constantly swept towards the centre so that it does not obscure the view on the tearing edge.
Results:
Our technique has the advantage of reducing corneal wound distortion and subsequent anterior chamber collapse. The capsulorhexis flap is moved away from the tear leading edge allowing better visualisation of the direction of tear. This technique offers superior control of the capsulorhexis by allowing the surgeon to change the direction of the tear to achieve the desired capsulorhexis size.
Conclusions:
The EYESI Surgical Simulator is a realistic training platform for surgeons to practice complex capsulorhexis techniques. The shearing forces technique is a suitable alternative and in some cases a far better technique in achieving the desired capsulorhexis.

This video demonstrates a novel capsulorhexis technique in modern cataract surgery. Capsulorhexis is the most difficult and important part of phacoemulsification surgery.

Una nuova tecnica capsuloressi Utilizzando forze di taglio con Cystotome

Purpose:
To demonstrate a capsulorhexis technique using predominantly shearing forces with a cystotome on a virtual reality simulator and on a human eye....

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Medicina

In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

Our understanding of how and when breast cancer cells transit from established primary tumors to metastatic sites has increased at an exceptional rate since the advent of in vivo bioluminescent imaging technologies 1-3. Indeed, the ability to locate and quantify tumor growth longitudinally in a single cohort of animals to completion of the study as opposed to sacrificing individual groups of animals at specific assay times has revolutionized how researchers investigate breast cancer metastasis. Unfortunately, current methodologies preclude the real-time assessment of critical changes that transpire in cell signaling systems as breast cancer cells (i) evolve within primary tumors, (ii) disseminate throughout the body, and (iii) reinitiate proliferative programs at sites of a metastatic lesion. However, recent advancements in bioluminescent imaging now make it possible to simultaneously quantify specific spatiotemporal changes in gene expression as a function of tumor development and metastatic progression via the use of dual substrate luminescence reactions. To do so, researchers take advantage for two light-producing luciferase enzymes isolated from the firefly (Photinus pyralis) and sea pansy (Renilla reniformis), both of which react to mutually exclusive substrates that previously facilitated their wide-spread use in in vitro cell-based reporter gene assays 4. Here we demonstrate the in vivo utility of these two enzymes such that one luminescence reaction specifically marks the size and location of a developing tumor, while the second luminescent reaction serves as a means to visualize the activation status of specific signaling systems during distinct stages of tumor and metastasis development. Thus, the objectives of this study are two-fold. First, we will describe the steps necessary to construct dual bioluminescent reporter cell lines, as well as those needed to facilitate their use in visualizing the spatiotemporal regulation of gene expression during specific steps of the metastatic cascade. Using the 4T1 model of breast cancer metastasis, we show that the in vivo activity of a synthetic Smad Binding Element (SBE) promoter was decreased dramatically in pulmonary metastasis as compared to that measured in the primary tumor 4-6. Recently, breast cancer metastasis was shown to be regulated by changes within the primary tumor microenvironment and reactive stroma, including those occurring in fibroblasts and infiltrating immune cells 7-9. Thus, our second objective will be to demonstrate the utility of dual bioluminescent techniques in monitoring the growth and localization of two unique cell populations harbored within a single animal during breast cancer growth and metastasis.

In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

Herein we describe the methods to construct, visualize, and quantify the bioluminescent reactions of both firefly and renilla luciferase enzymes expressed in metastatic breast cancer cells during their growth and metastasis in vivo.

In vivo doppio substrato Bioluminescent Imaging

Our understanding of how and when breast cancer cells transit from established primary tumors to metastatic sites has increased at an exceptional rate ...

Deep Neuromuscular Blockade Leads to a Larger Intraabdominal Volume During Laparoscopy

Shoulder pain is a commonly reported symptom following laparoscopic procedures such as myomectomy or hysterectomy, and recent studies have shown that lowering the insufflation pressure during surgery may reduce the risk of post-operative pain. In this pilot study, a method is presented for measuring the intra-abdominal space available to the surgeon during laproscopy, in order to examine whether the relaxation produced by deep neuromuscular blockade can increase the working surgical space sufficiently to permit a reduction in the CO2 insufflation pressure. Using the laproscopic grasper, the distance from the promontory to the skin is measured at two different insufflation pressures: 8 mm Hg and 12 mm Hg. After the initial measurements, a neuromuscular blocking agent (rocuronium) is administered to the patient and the intra-abdominal volume is measured again. Pilot data collected from 15 patients shows that the intra-abdominal space at 8 mm Hg with blockade is comparable to the intra-abdominal space measured at 12 mm Hg without blockade. The impact of neuromuscular blockade was not correlated with patient height, weight, BMI, and age. Thus, using neuromuscular blockade to maintain a steady volume while reducing insufflation pressure may produce improved patient outcomes.

This article presents a method for measuring the working abdominal volume during laproscopic myomectomy using the surgical grasper, and applies this technique to obtain pilot data on whether deep neuromuscular blockade (NMB) can enable the use of lower insufflation pressure. Reduced insufflation pressure during laproscopic surgery has been shown to reduce post-operative pain, and thus the use of NMB during surgery may enable improved patient outcomes.

Blocco neuromuscolare profondo porta ad un maggiore volume intra-addominale durante la laparoscopia

Shoulder pain is a commonly reported symptom following laparoscopic procedures such as myomectomy or hysterectomy, and recent studies have shown that ...

Ischemic Tissue Injury in the Dorsal Skinfold Chamber of the Mouse: A Skin Flap Model to Investigate Acute Persistent Ischemia

Despite profound expertise and advanced surgical techniques, ischemia-induced complications ranging from wound breakdown to extensive tissue necrosis are still occurring, particularly in reconstructive flap surgery. Multiple experimental flap models have been developed to analyze underlying causes and mechanisms and to investigate treatment strategies to prevent ischemic complications. The limiting factor of most models is the lacking possibility to directly and repetitively visualize microvascular architecture and hemodynamics. The goal of the protocol was to present a well-established mouse model affiliating these before mentioned lacking elements. Harder et al. have developed a model of a musculocutaneous flap with a random perfusion pattern that undergoes acute persistent ischemia and results in ~50% necrosis after 10 days if kept untreated. With the aid of intravital epi-fluorescence microscopy, this chamber model allows repetitive visualization of morphology and hemodynamics in different regions of interest over time. Associated processes such as apoptosis, inflammation, microvascular leakage and angiogenesis can be investigated and correlated to immunohistochemical and molecular protein assays. To date, the model has proven feasibility and reproducibility in several published experimental studies investigating the effect of pre-, peri- and postconditioning of ischemically challenged tissue.

The window of the murine dorsal skinfold chamber presented visualizes a zone of acute persistent ischemia of a musculocutaneous flap. Intravital epi-fluorescence microscopy permits for direct and repetitive assessment of the microvasculature and quantification of hemodynamics. Morphologic and hemodynamic results can further be correlated with histological and molecular analyses.

Ischemica lesioni dei tessuti nel Skinfold Camera del mouse Dorsale: un modello lembo cutaneo per Indagare Ischemia acuta persistente

Despite profound expertise and advanced surgical techniques, ischemia-induced complications ranging from wound breakdown to extensive tissue necrosis are ...

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.

Utilizzando Saccadometry con stimolazione cerebrale profonda per studiare normali e patologiche funzione cerebrale

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

Isometric Contractility Measurement of the Mouse Mesenteric Artery Using Wire Myography

The wire myograph technique is used to assess the contractility of vascular smooth muscles in response to depolarization, GPCR agonists/inhibitors and drugs. It is widely used in many studies on the physiological functions of vascular smooth muscle, the pathogenesis of vascular diseases such as hypertension, and the development of smooth muscle relaxant drugs. The mouse is a widely used model animal with a large pool of disease models and genetically modified strains. We introduced this method to measure the isometric contraction of mouse mesenteric artery in detail. A 1.4-mm segment of mouse mesenteric resistance artery was isolated and mounted on a myograph chamber by passing two steel wires through its lumen. After equilibration and normalization steps, the vessel segment was potentiated by a high-K+ solution twice prior to the contraction assay. As an example of the application of this method in drug development, we measured the relaxant effect of a novel natural substance, neoliensinine, isolated from a Chinese herb, embryos of the lotus seed (Nelumbo nucifera Gaertn.) on mouse mesenteric arteries. The vessel segments mounted on the myograph chamber were stimulated with a high-K+ solution. When the force tension reached a stable sustained phase, cumulative doses of neoliensinine were added to the chamber. We found that neoliensinine had a dose-dependent relaxant effect on smooth muscle contraction, thus suggesting that it bears potential activity against hypertension. In addition, as the vessel segment can survive at least 4 hours after mounting and maintain contractility induced by the high-K+ solution for many times, we suggest that the wire myograph system may be used for the time-consuming process of drug screening.

The wire myograph technique is used to investigate vascular smooth muscle functions and screen new drugs. We report a detailed protocol for measuring the isometric contractility of the mouse mesenteric artery and for screening new relaxants of vascular smooth muscle.

Misurazione di contrattilità isometrica dell'arteria mesenterica Mouse con filo Myography

The wire myograph technique is used to assess the contractility of vascular smooth muscles in response to depolarization, GPCR agonists/inhibitors and ...

Murine Model of Central Venous Stenosis using Aortocaval Fistula with an Outflow Stenosis

Central venous stenosis is an important entity contributing to arteriovenous fistula (AVF) failure. A murine AVF model was modified to create a partial ligation of the inferior vena cava (IVC) in the outflow of the fistula, mimicking central venous stenosis. Technical aspects of this model are introduced. The aorta and IVC are exposed, following an abdominal incision. The infra-renal aorta and IVC are dissected for proximal clamping, and the distal aorta is exposed for puncture. The IVC at the midpoint between the left renal vein and the aortic bifurcation is carefully dissected to place an 8-0 suture beneath the IVC. After clamping the aorta and IVC, an AVF is created by puncturing the infra-renal aorta through both walls into the IVC with a 25 G needle, followed by ligating a 22 G intra-venous (IV) catheter and IVC together. The catheter is then removed, creating a reproducible venous stenosis without occlusion. The aorta and IVC are unclamped after confirming primary hemostasis. This novel model of central vein stenosis is easy to perform, reproducible, and will facilitate studies on AVF failure.

An aortocaval fistula was created by puncturing the murine infra-renal aorta through both walls into the inferior vena cava and was followed by creation of a stenosis in its outflow via partial ligation of the inferior vena cava. This reproducible model can be used to study central venous stenosis.

Modello Murine della Stenosi Venoso Centrale utilizzando Aortocaval Fistula con una stenosi di flusso

Central venous stenosis is an important entity contributing to arteriovenous fistula (AVF) failure. A murine AVF model was modified to create a partial ...

A Porcine Corneal Endothelial Organ Culture Model Using Split Corneal Buttons

Experimental research on corneal endothelial cells is associated with several difficulties. Human donor corneas are scarce and rarely available for experimental investigations as they are normally needed for transplantation. Endothelial cell cultures often do not translate well to in vivo situations. Due to the biostructural characteristics of non-human corneas, stromal swelling during cultivation induces substantial corneal endothelial cell loss, which makes it difficult to perform cultivation for an extended period of time. Deswelling agents such as dextran are used to counteract this response. However, they also cause significant endothelial cell loss. Therefore, an ex vivo organ culture model not requiring deswelling agents was established. Pig eyes from a local slaughterhouse were used to prepare split corneal buttons. After partial corneal trephination, the outer layers of the cornea (epithelium, bowman layer, parts of the stroma) were removed. This significantly reduces corneal endothelial cell loss induced by massive stromal swelling and Descemet&#39;s membrane folding throughout longer cultivation periods and improves general preservation of the endothelial cell layer. Subsequent complete corneal trephination was followed by the removal of the split corneal button from the remaining eye bulb and cultivation. Endothelial cell density was assessed at follow-up times of up to 15 days after preparation (i.e., days 1, 8, 15) using light microscopy. The preparation technique used allows a better preservation of the endothelial cell layer enabled by less stromal tissue swelling, which results in slow and linear decline rates in split corneal buttons comparable to human donor corneas. As this standardized organo-typically cultivated research model for the first time allows a stable cultivation for at least two weeks, it is a valuable alternative to human donor corneas for future investigations of various external factors with regards to their effects on the corneal endothelium.

Here, a step-by-step protocol for the preparation and cultivation of porcine split corneal buttons is presented. As this organo-typically cultivated organ culture model shows cell death rates within 15 days, comparable to human donor corneas, it represents the first model allowing long-term cultivation of non-human corneas without adding toxic dextran.

Un modello di cultura dell'organo endoteliale porcina utilizzando i pulsanti corneali divisi

Experimental research on corneal endothelial cells is associated with several difficulties. Human donor corneas are scarce and rarely available for ...

In Vivo Quantification of Hip Arthrokinematics during Dynamic Weight-bearing Activities using Dual Fluoroscopy

Several hip pathologies have been attributed to abnormal morphology with an underlying assumption of aberrant biomechanics. However, structure-function relationships at the joint level remain challenging to quantify due to difficulties in accurately measuring dynamic joint motion. The soft tissue artifact errors inherent in optical skin marker motion capture are exacerbated by the depth of the hip joint within the body and the large mass of soft tissue surrounding the joint. Thus, the complex relationship between bone shape and hip joint kinematics is more difficult to study accurately than in other joints. Herein, a protocol incorporating computed tomography (CT) arthrography, three-dimensional (3D) reconstruction of volumetric images, dual fluoroscopy, and optical motion capture to accurately measure the dynamic motion of the hip joint is presented. The technical and clinical studies that have applied dual fluoroscopy to study form-function relationships of the hip using this protocol are summarized, and the specific steps and future considerations for data acquisition, processing, and analysis are described.

In Vivo Quantification of Hip Arthrokinematics during Dynamic Weight-bearing Activities using Dual Fluoroscopy

Dual fluoroscopy accurately captures in vivo dynamic motion of human joints, which can be visualized relative to reconstructed anatomy (e.g., arthrokinematics). Herein, a detailed protocol to quantify hip arthrokinematics during weight-bearing activities of daily living is presented, including the integration of dual fluoroscopy with traditional skin marker motion capture.

In vivo Quantificazione dell'artrokinematica dell'anca durante le attività dinamiche di carico utilizzando la doppia fluoroscopia

Several hip pathologies have been attributed to abnormal morphology with an underlying assumption of aberrant biomechanics. However, structure-function ...

Modified Posterior Vertebral Column Resection for Patients with Thoracolumbar Kyphotic Deformity

Old compression vertebrae fracture or congenital kyphoscoliosis with abnormal vertebral body development and other diseases that invade the spine may cause severe thoracolumbar kyphotic deformity, often accompanied by intractable low back pain or compression of the spinal cord, leading to severe neurological symptoms or even paralysis. If conservative treatment cannot relieve the symptoms or correct the deformities, surgical treatment is usually needed. For severe kyphotic deformity, reconstruction of the physiological curvature and rigid fixation determine the prognosis of the patients. Osteotomy and orthopedics are the standard procedure for deformities with severe compression of the front and middle column, but the trauma to the patients is high, with a long operation time and massive blood loss. To avoid these disadvantages, we have developed a modified technique to remove the diseased vertebra unilaterally. In this technique, we use a modified trephine to resect the vertebral columns like in the pedicle screw technique by adding a locking instrument that can restrict the trephine to lower the risk of osteotomy and shorten the surgery time and blood loss.

We describe a modified technique for resecting the posterior vertebral column unilaterally based on a modified trephine for patients with thoracolumbar kyphotic deformity.

Resezione della colonna vertebrale posteriore modificata per pazienti con deformità cifotica toracofica

Old compression vertebrae fracture or congenital kyphoscoliosis with abnormal vertebral body development and other diseases that invade the spine may ...

Colonna dorsale Manovrabilità con cavi in ​​parallelo a doppio utilizzando fonti di alimentazione dedicati: un modello computazionale

Colonna dorsale Manovrabilità con cavi in parallelo a doppio utilizzando fonti di alimentazione dedicati: un modello computazionale