Name: in vivo positron emission tomography to reveal activity patterns induced by deep brain stimulation in rats
Uploaded: 2022-03-23T12:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In vivo Positron Emission Tomography to Reveal Activity Patterns Induced by Deep Brain Stimulation in Rats at JoVE.com

ونشكر البروفيسورة كريستين وينتر وجوليا كلاين وألكسندرا دي فرانسيسكو ويولاندا سييرا على دعمهم القيم في تحسين المنهجية الموصوفة هنا. وحظيت MLS بدعم من وزارة العلوم والابتكار ومعهد كارلوس الثالث (المشروع رقم PI17/01766 والمنحة رقم BA21/0030) بتمويل مشترك من الصندوق الأوروبي للتنمية الإقليمية (ERDF) ، "طريقة لجعل أوروبا" ؛ CIBERSAM (رقم المشروع CB07/09/0031)؛ Delegación del Gobierno para el Plan Nacional sobre Drogas (رقم المشروع 2017/085)؛ مؤسسة مابفري; ومؤسسة أليسيا كوبلويتز.  تم دعم MCV من قبل مؤسسة Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno كحامل منحة دراسية لهذه المؤسسة ، والبرنامج المشترك للاتحاد الأوروبي - أبحاث الأمراض العصبية التنكسية (JPND). تم دعم DRM من قبل مجلس التعليم والتحقيق ، Comunidad de Madrid ، بتمويل مشترك من الصندوق الاجتماعي الأوروبي "الاستثمار في مستقبلك" (رقم المنحة PEJD-2018-PRE/BMD-7899). تم دعم NLR من قبل معهد التحقيقات الصحية غريغوريو مارانون ، "Programa Intramural de Impulso a la I + D + I 2019". وحظي عمل العضو المنتدب بدعم من وزارة العلوم والابتكار (MCIN) ومعهد كارلوس الثالث (ISCIII) (PT20/00044). يتم دعم CNIC من قبل معهد Salud Carlos III (ISCIII) ، ووزارة العلوم والابتكار (MCIN) ومؤسسة Pro CNIC ، وهو مركز Severo Ochoa للتميز (SEV-2015-0505).

أجريت إجراءات التجارب وفقا لتوجيه مجلس الجماعات الأوروبية 2010/63/EU ، ووافقت عليه لجنة أخلاقيات التجارب على الحيوانات في مستشفى غريغوريو مارانون. ويبين الشكل 1 ألف ملخصا بيانيا للبروتوكول التجريبي.
1. توطين هدف الدماغ عن طريق التصوير العصبي في الجسم الحي</stro...

<ol>
	<li>Gildenberg, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuromodulation:+A+historical+perspective.">Neuromodulation: A historical perspective.</a> Neuromodulation. 1, 9-20 (2009).</li><li>Lee, D. J., Lozano, C. S., Dallapiazza, R. F., Lozano, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+and+future+directions+of+deep+brain+stimulation+for+neurological+and+psychiatric+disorders.">Current and future directions of deep brain stimulation for neurological and psychiatric disorders.</a> Journal of Neurosurgery. 131 (2), 333-342 (2019).</li><li>Casquero-Veiga, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preclinical+molecular+neuroimaging+in+deep+brain+stimulation.">Preclinical molecular neuroimaging in deep brain stimulation.</a> Complutense University of Madrid. , (2021).</li><li>Blaha, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theories+of+deep+brain+stimulation+mechanisms.">Theories of deep brain stimulation mechanisms.</a> Deep Brain Stimulation: Indictions and Applications. , 314-338 (2016).</li><li>Fins, J. J. <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:+Ethical+issues+in+clinical+practice+and+neurosurgical+research.">Deep brain stimulation: Ethical issues in clinical practice and neurosurgical research.</a> Neuromodulation. 1, 81-91 (2009).</li><li>Desmoulin-Canselier, S., Moutaud, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+models+and+animal+experimentation+in+the+development+of+deep+brain+stimulation:+From+a+specific+controversy+to+a+multidimensional+debate.">Animal models and animal experimentation in the development of deep brain stimulation: From a specific controversy to a multidimensional debate.</a> Frontiers in Neuroanatomy. 13, 51 (2019).</li><li>Casquero-Veiga, M., Hadar, R., Pascau, J., Winter, C., Desco, M., Soto-Montenegro, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+to+deep+brain+stimulation+in+three+brain+targets+with+implications+in+mental+disorders:+A+PET+study+in+rats.">Response to deep brain stimulation in three brain targets with implications in mental disorders: A PET study in rats.</a> PLOS One. 11 (12), 0168689 (2016).</li><li>Casquero-Veiga, M., Garc&#237;a-Garc&#237;a, D., Desco, M., Soto-Montenegro, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+deep+brain+stimulation:+In+vivo+metabolic+consequences+of+the+electrode+insertional+effect.">Understanding deep brain stimulation: In vivo metabolic consequences of the electrode insertional effect.</a> BioMed Research International. 2018, 1-6 (2018).</li><li>Casquero-Veiga, M., Garc&#237;a-Garc&#237;a, D., Pascau, J., Desco, M., Soto-Montenegro, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimulating+the+nucleus+accumbens+in+obesity:+A+positron+emission+tomography+study+after+deep+brain+stimulation+in+a+rodent+model.">Stimulating the nucleus accumbens in obesity: A positron emission tomography study after deep brain stimulation in a rodent model.</a> PLOS One. 13 (9), 0204740 (2018).</li><li>Pascau, J., Vaquero, J. J., Abella, M., Cacho, R., Lage, E., Desco, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multimodality+workstation+for+small+animal+image+visualization+and+analysis.+Scientific+Papers.">Multimodality workstation for small animal image visualization and analysis. Scientific Papers.</a> Molecular Imaging and Biology. 8, 97-98 (2006).</li><li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , (1998).</li><li>Roy, 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=A+dual+tracer+PET-MRI+protocol+for+the+quantitative+measure+of+regional+brain+energy+substrates+uptake+in+the+rat.">A dual tracer PET-MRI protocol for the quantitative measure of regional brain energy substrates uptake in the rat.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (82), e50761 (2013).</li><li>Klein, J., 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+novel+approach+to+investigate+neuronal+network+activity+patterns+affected+by+deep+brain+stimulation+in+rats.">A novel approach to investigate neuronal network activity patterns affected by deep brain stimulation in rats.</a> Journal of Psychiatric Research. 45 (7), 927-930 (2011).</li><li>Soto-Montenegro, M. L., Pascau, J., Desco, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+to+deep+brain+stimulation+in+the+lateral+hypothalamic+area+in+a+rat+model+of+obesity:+In+vivo+assessment+of+brain+glucose+metabolism.">Response to deep brain stimulation in the lateral hypothalamic area in a rat model of obesity: In vivo assessment of brain glucose metabolism.</a> Molecular Imaging and Biology. , 830-837 (2014).</li><li>Pascau, J., 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=Automated+method+for+small-animal+PET+image+registration+with+intrinsic+validation.">Automated method for small-animal PET image registration with intrinsic validation.</a> Molecular Imaging and Biology. 11 (2), 107-113 (2009).</li><li>Andersson, J. L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+estimate+global+activity+independent+of+changes+in+local+activity.">How to estimate global activity independent of changes in local activity.</a> Neuroimage. 244 (60), 237-244 (1997).</li><li>. Wellcome Trust Centre for Neuroimaging SPM12-Statitstical Parametric Mapping Available from: <a target="_blank" href="https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/">https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/</a> (2022)</li><li>Lozano, A. 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=Deep+brain+stimulation:+current+challenges+and+future+directions.">Deep brain stimulation: current challenges and future directions.</a> Nature Reviews Neurology. 15 (3), (2019).</li><li>Boecker, H., Drzezga, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+perspective+on+the+future+role+of+brain+pet+imaging+in+exercise+science.">A perspective on the future role of brain pet imaging in exercise science.</a> NeuroImage. 131, (2016).</li><li>Sprengers, 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=Deep+brain+stimulation+reduces+evoked+potentials+with+a+dual+time+course+in+freely+moving+rats:+Potential+neurophysiological+basis+for+intermittent+as+an+alternative+to+continuous+stimulation.">Deep brain stimulation reduces evoked potentials with a dual time course in freely moving rats: Potential neurophysiological basis for intermittent as an alternative to continuous stimulation.</a> Epilepsia. 61 (5), 903-913 (2020).</li><li>Middlebrooks, E. H., 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=Acute+brain+activation+patterns+of+high-+versus+low-frequency+stimulation+of+the+anterior+nucleus+of+the+thalamus+during+deep+brain+stimulation+for+epilepsy.">Acute brain activation patterns of high- versus low-frequency stimulation of the anterior nucleus of the thalamus during deep brain stimulation for epilepsy.</a> Neurosurgery. 89 (5), 901-908 (2021).</li><li>Ashkan, K., Rogers, P., Bergman, H., Ughratdar, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insights+into+the+mechanisms+of+deep+brain+stimulation.">Insights into the mechanisms of deep brain stimulation.</a> Nature Reviews Neurology. 13 (9), 548-554 (2017).</li><li>Williams, N. R., Taylor, J. J., Lamb, K., Hanlon, C. A., Short, E. B., George, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+functional+imaging+in+the+development+and+refinement+of+invasive+neuromodulation+for+psychiatric+disorders.">Role of functional imaging in the development and refinement of invasive neuromodulation for psychiatric disorders.</a> World Journal of Radiology. 6 (10), 756-778 (2014).</li><li>Rodman, A. M., Dougherty, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Nuclear medicine in neuromodulation. Neuromodulation in Psychiatry. , 81-99 (2016).</li><li>Albaugh, D. L., Shih, Y. -. Y. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+circuit+modulation+during+deep+brain+stimulation+at+the+subthalamic+nucleus+for+Parkinson's+disease:+what+have+we+learned+from+neuroimaging+studies.">Neural circuit modulation during deep brain stimulation at the subthalamic nucleus for Parkinson's disease: what have we learned from neuroimaging studies.</a> Brain Connectivity. 4 (1), 1-14 (2014).</li><li>Mayberg, H. S., 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=Reciprocal+limbic-cortical+function+and+negative+mood:+Converging+PET+findings+in+depression+and+normal+sadness.">Reciprocal limbic-cortical function and negative mood: Converging PET findings in depression and normal sadness.</a> Neurology, and Radiology. 156 (5), 675-682 (1999).</li><li>Kennedy, S. H., 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=Differences+in+brain+glucose+metabolism+between+responders+to+CBT+and+Venlafaxine+in+a+16-week+randomized+controlled+trial.">Differences in brain glucose metabolism between responders to CBT and Venlafaxine in a 16-week randomized controlled trial.</a> American Journal of Psychiatry. 164 (5), 778-788 (2007).</li><li>Kennedy, S. H., 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=Changes+in+regional+brain+glucose+metabolism+measured+with+positron+emission+tomography+after+paroxetine+treatment+of+major+depression.">Changes in regional brain glucose metabolism measured with positron emission tomography after paroxetine treatment of major depression.</a> American Journal of Psychiatry. 158 (6), 899-905 (2001).</li><li>Brown, E. C., Clark, D. L., Forkert, N. D., Molnar, C. P., Kiss, Z. H. T., Ramasubbu, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metabolic+activity+in+subcallosal+cingulate+predicts+response+to+deep+brain+stimulation+for+depression.">Metabolic activity in subcallosal cingulate predicts response to deep brain stimulation for depression.</a> Neuropsychopharmacology. 45, 1681-1688 (2020).</li><li>Klooster, D. C. 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=Technical+aspects+of+neurostimulation:+Focus+on+equipment,+electric+field+modeling,+and+stimulation+protocols.">Technical aspects of neurostimulation: Focus on equipment, electric field modeling, and stimulation protocols.</a> Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews. 65, 113-141 (2016).</li><li>Kasoff, W., Gross, R. E. <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:+Introduction+and+Technical+Aspects.">Deep brain stimulation: Introduction and Technical Aspects.</a> Neuromodulation in Psychiatry. , 245-275 (2016).</li><li>Perez-Caballero, L., 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=Early+responses+to+deep+brain+stimulation+in+depression+are+modulated+by+anti-inflammatory+drugs.">Early responses to deep brain stimulation in depression are modulated by anti-inflammatory drugs.</a> Molecular Psychiatry. 19, 607-614 (2014).</li><li>Solera Ruiz, I., U&#241;aOrej&#243;n, R., Valero, I., Laroche, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Craniotomy+in+the+conscious+patient.+Considerations+in+special+situations.">Craniotomy in the conscious patient. Considerations in special situations.</a> Spanish Journal of Anesthesiology and Resuscitation. 60 (7), 392-398 (2013).</li><li>Casali, 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=State+of+the+art+of+18F-FDG+PET/CT+application+in+inflammation+and+infection:+a+guide+for+image+acquisition+and+interpretation.">State of the art of 18F-FDG PET/CT application in inflammation and infection: a guide for image acquisition and interpretation.</a> Clinical and Translational Imaging. 9 (4), 299-339 (2021).</li><li>Gonzalez-Escamilla, G., Muthuraman, M., Ciolac, D., Coenen, V. A., Schnitzler, A., Groppa, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuroimaging+and+electrophysiology+meet+invasive+neurostimulation+for+causal+interrogations+and+modulations+of+brain+states.">Neuroimaging and electrophysiology meet invasive neurostimulation for causal interrogations and modulations of brain states.</a> NeuroImage. 220, 117144 (2020).</li></ol>

بالنظر إلى التقدم في فهم وظائف الدماغ والشبكات العصبية المشاركة في الفيزيولوجيا المرضية للاضطرابات العصبية والنفسية ، فإن المزيد والمزيد من الأبحاث تعترف بإمكانات DBS في مجموعة واسعة من الأمراض العصبية2. ومع ذلك ، فإن آلية عمل هذا العلاج لا تزال غير واضحة. حاولت العديد من النظ...

يشمل مصطلح التحفيز العصبي عددا من التقنيات المختلفة التي تهدف إلى تحفيز الجهاز العصبي بهدف علاجي1. من بينها ، يبرز التحفيز العميق للدماغ (DBS) كواحد من أكثر استراتيجيات التحفيز العصبي انتشارا في الممارسة السريرية. يتكون DBS من تحفيز نوى الدماغ العميقة بنبضات كهربائية يسلمها محفز عصبي ، يتم زرعها مباشرة في جسم المريض ، من خلال أقطاب كهربائية موضوعة في هدف الدماغ ليتم تعديلها بواسطة الجراحة التجسيمية. يتزايد باستمرار عدد المقالات التي تقيم جدوى تطبيق DBS في مختلف الاضطرابات العصبية والنفسية2 ، على الرغم من أن بعضها فقط قد تمت الموافقة عليه من قبل جمعية الغذاء والدواء (FDA) (أي الهزة الأساسية ، ومرض باركنسون ، وخلل التوتر العضلي ، واضطراب الوسواس القهري ، والصرع الحراري طبيا)3 . علاوة على ذلك ، هناك عدد كبير من أهداف الدماغ وبروتوكولات التحفيز قيد البحث لعلاج DBS للعديد من الأمراض أكثر مما تمت الموافقة عليه رسميا ، ولكن لا يعتبر أي منها نهائيا. قد تكون هذه التناقضات في أبحاث DBS والإجراءات السريرية جزئيا بسبب عدم وجود فهم كامل لآلية عملها4. لذلك ، تبذل جهود ضخمة لفك رموز تأثيرات DBS في الجسم الحي على ديناميكيات الدماغ ، حيث أن كل تقدم ، مهما كان صغيرا ، سيساعد على تحسين بروتوكولات DBS لتحقيق نجاح علاجي أكبر.
في هذا السياق ، تفتح تقنيات التصوير الجزيئي نافذة مباشرة لمراقبة الآثار العصبية المعدلة في الجسم الحي ل DBS. توفر هذه الأساليب الفرصة ليس فقط لتحديد تأثير DBS أثناء تطبيقه ولكن أيضا لكشف طبيعة عواقبه ، ومنع الآثار الجانبية غير المرغوب فيها والتحسين السريري ، وحتى تكييف معلمات التحفيز مع احتياجات المريض5. من بين هذه الطرق ، يعد التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) باستخدام 2-deoxy-2-[18F] fluoro-D-glucose (FDG) ذا أهمية خاصة لأنه يوفر معلومات محددة وفي الوقت الفعلي عن حالة التنشيط لمناطق الدماغ المختلفة6. على وجه التحديد ، يوفر تصوير FDG-PET تقييما غير مباشر للتنشيط العصبي استنادا إلى المبدأ الفسيولوجي للاقتران الأيضي بين الخلايا العصبية والخلايا الدبقية6. بهذا المعنى ، أبلغت العديد من الدراسات السريرية عن أنماط نشاط الدماغ المعدلة بواسطة DBS باستخدام FDG-PET (انظر3 للمراجعة). ومع ذلك ، فإن الدراسات السريرية تتكبد بسهولة العديد من العيوب عند التركيز على المرضى ، مثل عدم التجانس أو صعوبات التوظيف ، والتي تحد بشدة من إمكاناتها البحثية6. يقود هذا السياق الباحثين إلى استخدام النماذج الحيوانية للحالات البشرية لتقييم النهج الطبية الحيوية قبل ترجمتها السريرية أو ، إذا تم تطبيقها بالفعل في الممارسة السريرية ، لشرح الأصل الفسيولوجي للفوائد العلاجية أو الآثار الجانبية. وبالتالي ، على الرغم من المسافات الكبيرة بين علم الأمراض البشري والحالة النموذجية في المختبر ، فإن هذه الأساليب قبل السريرية ضرورية لانتقال آمن وفعال إلى الممارسة السريرية.
تصف هذه المخطوطة بروتوكول DBS التجريبي لنماذج الفئران ، جنبا إلى جنب مع دراسة FDG-PET الطولية ، من أجل تقييم العواقب الحادة ل DBS على التمثيل الغذائي في الدماغ. قد تساعد النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام هذا البروتوكول في كشف الأنماط التعديلية المعقدة التي يسببها DBS على نشاط الدماغ. لذلك ، يتم توفير استراتيجية تجريبية مناسبة لدراسة عواقب التحفيز في الجسم الحي ، مما يسمح للأطباء بتوقع الآثار العلاجية في ظل ظروف محددة ثم تكييف معلمات التحفيز مع احتياجات المريض.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>7-Tesla Biospec 70/20 scanner</td>
			<td>Bruker, Germany</td>
			<td>SN0021</td>
			<td>MRI scanner for small animal imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Betadine</td>
			<td>Meda Pharma S.L., Spain</td>
			<td>644625.6</td>
			<td>Iodine solution (iodopovidone)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beurer IL 11</td>
			<td>Beurer</td>
			<td>SN87318</td>
			<td>Infra-red light</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bipolar cable 50 cm w/50 cm mesh covering up to 100 cm</td>
			<td>Plastics One, USA</td>
			<td>305-305 (CM)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bipolar cable TT2&#160; 50 cm up to 100 cm</td>
			<td>Plastics One, USA</td>
			<td>305-340/2</td>
			<td>Bipolar cable TT2&#160; 50 cm up to 100 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprex</td>
			<td>Schering-Plough, S.A</td>
			<td>961425</td>
			<td>Buprenorphine (analgesic)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceftriaxona Reig Jofr&#233; 1g IM</td>
			<td>Laboratorio Reig Jofr&#233; S.A., Spain</td>
			<td>624239.1</td>
			<td>Ceftriaxone (antibiotic)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Commutator</td>
			<td>Plastics One, USA</td>
			<td>SL2+2C</td>
			<td>4 Channel Commutator for DBS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Concentric bipolar platinum-iridium electrodes</td>
			<td>Plastics One, USA</td>
			<td>MS303/8-AIU/Spc</td>
			<td>Electrodes for DBS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Driller</td>
			<td>Bosh</td>
			<td>T58704</td>
			<td>Driller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FDG</td>
			<td>Curium Pharma Spain S.A., Spain</td>
			<td>-----</td>
			<td>2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose (PET radiotracer)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating pad</td>
			<td>DAGA, Spain</td>
			<td>23115</td>
			<td>Heating pad</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketolar</td>
			<td>Pfizer S.L., Spain</td>
			<td>776211.9</td>
			<td>Ketamine (anesthetic drug)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lipolasic 2 mg/g</td>
			<td>Bausch &#38; Lomb S.A, Spain</td>
			<td>65277</td>
			<td>Ophthalmic lubricating gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MatLab R2021a</td>
			<td>The MathWorks, Inc</td>
			<td></td>
			<td>Support software for SPM12</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRIcro</td>
			<td>McCausland Center for Brain Imaging,&#160; University of South Carolina, USA</td>
			<td>v2.1.58-0</td>
			<td>Software for imaging preprocessing and analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimodality Workstation (MMWKS)</td>
			<td>BiiG, Spain</td>
			<td></td>
			<td>Software for imaging processing and analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Omicrom VISION VET</td>
			<td>RGB Medical Devices, Spain</td>
			<td>731100 ReV B</td>
			<td>Cardiorrespiratory monitor for small imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prevex Cotton buds</td>
			<td>Prevex, Finland</td>
			<td>-----</td>
			<td>Cotton buds</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sevorane</td>
			<td>AbbVie Spain, S.L.U, Spain</td>
			<td>673186.4</td>
			<td>Sevoflurane (inhalatory anesthesia)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small screws</td>
			<td>Max Witte GmbH</td>
			<td>1,2 x 2 DIN 84 A2</td>
			<td>Small screws</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard U-Frame Stereotaxic Instrument for Rat, 18&#176; Ear Bar</td>
			<td>Harvard Apparatus, USA</td>
			<td>75-1801</td>
			<td>Two-arms Stereotactic frame for rat</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Statistical Parametric Mapping (SPM12)</td>
			<td>The Wellcome Center for Human Neuroimaging, UCL Queen Square Institute of Neurology, UK</td>
			<td>SPM12</td>
			<td>Software for voxel-wise imaging analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>STG1004</td>
			<td>Multi Channel Systems GmbH, Germany</td>
			<td>STG1004</td>
			<td>Isolated stimulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SuperArgus PET/CT scanner</td>
			<td>Sedecal, Spain</td>
			<td>S0026403</td>
			<td>NanoPET/CT scanner for small animal imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suture thread with needle, 1/&#186;</td>
			<td>Lorca Mar&#237;n S.A., Spain</td>
			<td>55325</td>
			<td>Braided natural silk non-absorbable suture 1/0, with triangle needle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Technovit 4004 (powder and liquid)</td>
			<td>Kulzer Technique, Germany</td>
			<td>64708471; 64708474</td>
			<td>Acrylic dental cement for craniotomy tap</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wistar rats (Rattus norvergicus)</td>
			<td>Charles River, Spain</td>
			<td>animal facility</td>
			<td>Animal model used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylagesic</td>
			<td>Laboratorios Karizoo, A.A, Spain</td>
			<td>572599-4</td>
			<td>Xylazine (anesthetic drug)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Normon S.A., Spain</td>
			<td>602910</td>
			<td>Mepivacaine in gel for topical use</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vivo positron emission tomography to reveal activity patterns induced by deep brain stimulation in rats

التحفيز العميق للدماغ (DBS) هو تقنية جراحية عصبية غازية تعتمد على تطبيق النبضات الكهربائية على هياكل الدماغ المشاركة في الفيزيولوجيا المرضية للمريض. على الرغم من التاريخ الطويل ل DBS ، إلا أن آلية عملها وبروتوكولاتها المناسبة لا تزال غير واضحة ، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى البحث الذي يهدف إلى حل هذه الألغاز. وبهذا المعنى ، فإن تقييم تأثيرات DBS في الجسم الحي باستخدام تقنيات التصوير الوظيفية يمثل استراتيجية قوية لتحديد تأثير التحفيز على ديناميكيات الدماغ. هنا ، يتم وصف بروتوكول تجريبي للنماذج قبل السريرية (فئران Wistar) ، جنبا إلى جنب مع دراسة طولية [18F] - التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني فلوروديوكسيكوكوز (FDG-PET) ، لتقييم العواقب الحادة ل DBS على التمثيل الغذائي في الدماغ. أولا ، خضعت الحيوانات لجراحة التجسيم للزرع الثنائي للأقطاب الكهربائية في قشرة الفص الجبهي. تم الحصول على التصوير المقطعي المحوسب بعد الجراحة (CT) لكل للتحقق من وضع القطب الكهربائي. بعد أسبوع واحد من الشفاء ، تم الحصول على أول FDG-PET ثابت لكل يعمل دون تحفيز (D1) ، وبعد يومين (D2) ، تم الحصول على FDG-PET ثان أثناء تحفيز الحيوانات. لذلك ، تم توصيل الأقطاب الكهربائية بمحفز معزول بعد إعطاء FDG للحيوانات. وهكذا ، تم تحفيز الحيوانات خلال فترة امتصاص FDG (45 دقيقة) ، وتسجيل الآثار الحادة ل DBS على التمثيل الغذائي في الدماغ. نظرا للطبيعة الاستكشافية لهذه الدراسة ، تم تحليل صور FDG-PET من خلال نهج فوكسل الحكيم استنادا إلى اختبار T المقترن بين دراسات D1 و D2. بشكل عام ، يسمح الجمع بين DBS ودراسات التصوير بوصف عواقب التعديل العصبي على الشبكات العصبية ، مما يساعد في النهاية على كشف الألغاز المحيطة ب DBS.

تم التضحية بالحيوانات باستخدام CO2 في نهاية الدراسة أو عندما تم المساس برفاهية الحيوان. ويوضح الشكل 3 مثالا على دراسة كاملة أجريت على التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني / التصوير المقطعي المحوسب من تم تشغيله. وبالتالي ، يمكن ملاحظة القطب الكهربائي الذي تم إدخاله في ...

Watch this Scientific Journal Video about In vivo Positron Emission Tomography to Reveal Activity Patterns Induced by Deep Brain Stimulation in Rats at JoVE.com

In vivo Positron Emission Tomography to Reveal Activity Patterns Induced by Deep Brain Stimulation in Rats

نحن نصف طريقة تجريبية قبل السريرية لتقييم التعديل العصبي الأيضي الناجم عن التحفيز العميق الحاد للدماغ مع FDG-PET في الجسم الحي . تتضمن هذه المخطوطة جميع الخطوات التجريبية ، من الجراحة المجسمة إلى تطبيق علاج التحفيز والحصول على صور PET ومعالجتها وتحليلها.

في الجسم الحي التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني للكشف عن أنماط النشاط الناجم عن التحفيز العميق للدماغ في الفئران

Deep brain stimulation (DBS) is an invasive neurosurgical technique based on the application of electrical pulses to brain structures involved in the ...

يسمح هذا البروتوكول بدراسة عواقب التحفيز على الشبكات العصبية مما يساعد على كشف اللغز المحيط ب DBS. وتحديد تأثير التحفيز على ديناميكيات الدماغ. الميزة الرئيسية لاستخدام إصلاح FD أثناء التحفيز هي أنه يمكننا تصور العواقب في الجسم الحي للتحفيز الحاد على ديناميكيات الدماغ ثم تحسين بروتوكولات التحفيز في الجسم الحي.هذه الطريقة ذات أهمية خاصة في مجالات علم الأعصاب والطب النفسي. كما هو الحال في هذه التخصصات الطبية التي يكون فيها DBS لها تأثيرها الرئيسي كاستراتيجية بشرية. للبدء ، ضع الحيوان المخدر على سرير التصوير المقطعي المحوسب.للتصوير المقطعي المحوسب ، قم بتأمين قناع الوجه أو مخروط الأنف على الفئران. حدد موقع الرأس في وسط مجال رؤية الماسح الضوئي المقطعي. تابع للحصول على صورة CT باستخدام معلمات الاكتساب وفقا لمواصفات الماسح الضوئي.بالنسبة للتصوير بالرنين المغناطيسي ، ضع الحيوان ضعيفا على سرير التصوير بالرنين المغناطيسي. لتجنب الحركات أثناء الحصول على التصوير بالرنين المغناطيسي ، قم بتثبيت الرأس على إطار جسيمي يوضع على سرير الماسح الضوئي. أيضا ، تأمين بقية جسم الفئران مع شريط الحرير.بمجرد أن يصبح الموقف صحيحا ، احصل على صورة التصوير بالرنين المغناطيسي. استخدم برنامج معالجة الصور لتطبيع التصوير المقطعي المحوسب والتصوير بالرنين المغناطيسي مكانيا باستخدام خوارزمية تسجيل تلقائية جامدة تستند إلى المعلومات المتبادلة. ترجمة خط bregma في الصورة المسجلة بشكل مشترك.وقياس المسافة في الوصول إلى AP و ML و DV من bregma إلى قشرة الفص الجبهي الإنسي وفقا لأطلس الدماغ Paxinos و Watson Rat Brain. حلق المنطقة بين الأذنين والعينين. ضع الحيوان في وضع الانبطاح على الإطار التجسيمي.ضمان عدم حركة الرأس باستخدام قضبان أذن الفئران. احرص على عدم إدخال قضبان الأذن بعمق كبير لأن ذلك قد يؤدي إلى تلف طبلة الأذن. استخدم محول عقد الرأس للفئران للحفاظ على الحيوان في الموضع الصحيح أثناء الجراحة.ضع جل التشحيم Athymic على عيون الفئران لمنع الجفاف أثناء الجراحة وقم بتغطيتها بشاش معقم. قم بعمل شق طولي في الجلد فوق الجمجمة بين الأذنين. تمتد من 1.5 إلى سنتيمترين من لامدا إلى بريغما.كشف الجمجمة بمساعدة اثنين أو ثلاثة مشابك. إزالة السمحاق بمقص وتنظيف الدم بمحلول ملحي لفضح البريجما والغرز السهمية. إزالة المحلول الملحي الزائد مع الشاش.قبل وضع الأقطاب الكهربائية ، قم بتصويبها باستخدام ملاقط بلاستيكية لضمان الموضع الصحيح أثناء الجراحة. ضع قطبا كهربائيا واحدا على حامل الذراع اليمنى للإطار التجسيمي. حرك الذراع اليمنى التي تحمل القطب الكهربائي عبر الإطار التجسيمي.ووضع طرف القطب الكهربائي بالضبط فوق bregma. حاول تقريب طرف القطب الكهربائي قدر الإمكان من الجمجمة دون لمسه لتجنب تشوه القطب الكهربائي. لاحظ الإحداثيات الناتجة عن bregma التي يوفرها الإطار المجسم.باستخدام قلم جراحي ، ضع علامة على الجمجمة تشير إلى الموضع الأولي للقطب الكهربائي. انقل الحامل إلى إحداثيات AP و ML التي تم الحصول عليها مسبقا. ووضع علامة على الجمجمة باستخدام قلم جراحي يشير إلى موضع هدف القطب الكهربائي.قم بإزالة الذراع اليمنى للإطار التجسيمي الذي يحمل القطب الكهربائي. احرص على عدم لمس أي شيء بالقطب الكهربائي. باستخدام مثقاب كهربائي صغير ، قم بعمل ثقب من خلال الجمجمة في الموضع المستهدف حتى يصبح الجافية مرئيا.استخدم برعم قطني لوقف النزيف. حفر أربعة ثقوب على طول الجمجمة لوضع أربعة مسامير. لزيادة مساحة سطح أسمنت الأسنان وتحديد موقع الأرض.ثم نعلق مسامير. حدد موقع الذراع اليمنى للإطار التجسيمي باستخدام القطب الأيمن. حرك الذراع إلى الموضع المحسوب الذي يجب أن يتزامن مع الثقب.ثم اخفض القطب الكهربائي حتى يلمس الأم الجافية. سيكون هذا الموقف بمثابة مستوى الصفر في اتجاه DV. باستخدام إحداثيات DV التي تم الحصول عليها في وقت سابق ، أدخل طرف القطب الكهربائي في اتجاه DV.قم بتوصيل الأرض بأحد البراغي الأقرب إلى القطب الكهربائي وقم بتطبيق أسمنت الأسنان حول القطب الكهربائي والبراغي. كرر نفس إجراء وضع القطب الكهربائي لنصف الكرة الآخر من الدماغ. ضع المزيد من أسمنت الأسنان لتشكيل غطاء دون تغطية القطب الكهربائي وانتظر حتى يتصلب.استخدم محلول يودوبوفيدون لتطهير المنطقة الجراحية. قم بإزالة الفئران من الإطار التجسيمي والمضي قدما في التصوير المقطعي المحوسب كما هو موضح سابقا لتقييم الموضع الصحيح للأقطاب الكهربائية. صوم الفئران لمدة ثماني إلى 12 ساعة قبل كل فحص PET.املأ حقنة قياس 27 بحوالي 37 ميجابيكريل من محلول FDG بأقل حجم ممكن كما تم قياسه في مقياس النشاط. ضع وسادة تدفئة تحت ذيل الحيوان أو استخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء لتوسيع عروق الذيل. حقن محلول FDG من خلال أحد عروق الذيل الجانبية.ضع الحيوان مرة أخرى في القفص واسمح لمدة 45 دقيقة لامتصاص المقتفي اللاسلكي قبل بدء جلسة التقاط الصورة. بالنسبة لدراسة D2 ، تم تسليم DBS خلال فترة امتصاص FDG. قم بإعداد المحفز المعزول والأسلاك المطلوبة في غرفة واسعة وهادئة مع مساحة كافية لأقفاص الحيوانات والحد الأدنى من تأثير المحفزات المزعجة المحتملة.قم بتوصيل أسلاك التحفيز بالدوارات للسماح للحيوانات بالتحرك بحرية داخل الأقفاص وإلى المحفز. اضبط معلمات التحفيز كما هو موضح في مخطوطة النص. استخدم منظار الذبذبات للتحقق من الوضع الحالي والتردد وعرض النبضة.تأكد من شكل الموجة ثنائية الطور مع شكل نبضة مستطيلة. تصور صورة التصوير المقطعي المحوسب بوضوح القطب الكهربائي الذي تم إدخاله في دماغ الفئران. كما وفرت طريقة التصوير المستخدمة في هذه الدراسة معلومات تشريحية جيدة وسهلت تسجيل صور FDG-PET.صورة PET-CT منصهرة لنفس الحيوان مسجلة مكانيا في نفس المساحة المجسمة. لوحظت الاختلافات الأيضية في الدماغ بين جلسات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني حيث تم تركيب خرائط T على شرائح دماغية متسلسلة بحجم ملليمتر واحد من التصوير بالرنين المغناطيسي المسجل إلى صورة CT المرجعية. تألفت هذه الاختلافات من زيادات ونقصان في امتصاص FDG الموضح كألوان دافئة وباردة على التوالي.وأشار ملخص مفصل للنتائج الإحصائية التي تم الحصول عليها من التحليل إلى منطقة الدماغ المعدلة ونصف الكرة المخية الذي لوحظ فيه التعديل. إحصائية T ، وحجم الكتلة ، واتجاه التشكيل ، وقيم P التي تم الحصول عليها عند مستويات الذروة والمجموعات. من الأهمية بمكان الحفاظ على مستوى جمالي كاف والرأس أثناء الجراحة.علاوة على ذلك ، يعد حساب الإحداثيات واستقامة الأقطاب الكهربائية أمرا ضروريا. ينصح المشغلون الجدد بتوخي الدقة واتباع جميع الخطوات. بعد الانتهاء من الإجراء بأكمله ، يمكن أن تخضع الحيوانات لاختبار سلوكي لتقييم تأثير التحفيز على المجالات المعرفية المختلفة.بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إجراء عدد من دراسات الصور لتقييم عواقب DBS على المستوى الخلوي.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

In vivo Positron Emission Tomography to Reveal Activity Patterns Induced by Deep Brain Stimulation in Rats

TMS: Using the Theta-Burst Protocol to Explore Mechanism of Plasticity in Individuals with Fragile X Syndrome and Autism

TMS : استخدام بروتوكول ثيتا المتفجر لاستكشاف Mechasnism من المرونة في الأشخاص الذين يعانون من متلازمة X الهشة والتوحد

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS ...

Transfection of Mouse Retinal Ganglion Cells by in vivo Electroporation

Transfection of Mouse Retinal Ganglion Cells by in vivo Electroporation

ترنسفكأيشن من خلايا الشبكية بواسطة الماوس العقدة في الجسم الحي Electroporation

The targeting and refinement of RGC projections to the midbrain is a popular and powerful model system for studying how precise patterns of neural ...

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

تصوير الأعصاب وظيفية عن طريق الموجات فوق الصوتية تعطيل حاجز الدم في الدماغ والتصوير بالرنين المغناطيسي المنغنيز معززة لل

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

تحفيز الدماغ العميق مع الرنين المغناطيسي الوظيفي في وقت واحد في القوارض

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

The Olfactory System as a Model to Study Axonal Growth Patterns and Morphology In Vivo

The Olfactory System as a Model to Study Axonal Growth Patterns and Morphology In Vivo

النظام الشمي كنموذج لدراسة أنماط نمو محور عصبي ومورفولوجيا<em&gt; في فيفو</em

The olfactory system has the unusual capacity to generate new neurons throughout the lifetime of an organism. Olfactory stem cells in the basal portion of ...

Analysis of Gene Expression Changes in the Rat Hippocampus After Deep Brain Stimulation of the Anterior Thalamic Nucleus

تحليل التغييرات التعبير الجيني في الفئران الحصين بعد ديب تحفيز الدماغ الأمامي من مهادي نواة

Deep brain stimulation (DBS) surgery, targeting various regions of the brain such as the basal ganglia, thalamus, and subthalamic regions, is an effective ...

Simultaneous ex vivo Functional Testing of Two Retinas by in vivo Electroretinogram System

Simultaneous ex vivo Functional Testing of Two Retinas by in vivo Electroretinogram System

متزامنة<em&gt; فيفو السابقين</em&gt; اختبار وظيفي اثنين من شبكية العين من قبل<em&gt; في الجسم الحي</em&gt; نظام مخطط كهربية

An In vivo electroretinogram (ERG) signal is composed of several overlapping components originating from different retinal cell types, as well as noise ...

Microelectrode Guided Implantation of Electrodes into the Subthalamic Nucleus of Rats for Long-term Deep Brain Stimulation

مسرى مكروي تسترشد زرع الأقطاب الكهربائية في نواة تحت المهاد الجرذان على المدى الطويل العميق تحفيز الدماغ

Deep brain stimulation (DBS) is a widely used and effective therapy for several neurologic disorders, such as idiopathic Parkinson&#8217;s disease, ...

Exploring Deep Space - Uncovering the Anatomy of Periventricular Structures to Reveal the Lateral Ventricles of the Human Brain

استكشاف الفضاء السحيق-كشف تشريح لهياكل تلين للكشف عن البطينات الجانبية للدماغ البشري

Anatomy students are typically provided with two-dimensional (2D) sections and images when studying cerebral ventricular anatomy and students find this ...

Sub-acute Cerebral Microhemorrhages Induced by Lipopolysaccharide Injection in Rats

ميكروهيموررهاجيس الدماغي شبه الحاد الناجم عن حقن ليبوبوليساكتشاريدي في الفئران

Cerebral microhemorrhages (CMHs) are common in aged patients and are correlated to various neuropsychiatric disorders. The etiology of CMHs is complex, ...