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

Vi takker prof. Christine Winter, Julia Klein, Alexandra de Francisco og Yolanda Sierra for deres uvurderlige støtte til optimeringen af den her beskrevne metode. MLS blev støttet af Ministerio de Ciencia e Innovación, Instituto de Salud Carlos III (projektnummer PI17/01766 og tilskudsnummer BA21/0030), der blev medfinansieret af Den Europæiske Fond for Regionaludvikling (EFRU), "A way to make Europe". CIBERSAM (projektnummer CB07/09/0031); Delegación del Gobierno para el Plan Nacional sobre Drogas (projektnummer 2017/085) Fundación Mapfre; og Fundación Alicia Koplowitz.  MCV blev støttet af Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno som stipendiatindehaver af denne institution og EU's fælles program - Neurodegenerative Disease Research (JPND). DRM blev støttet af Consejería de Educación e Investigación, Comunidad de Madrid, medfinansieret af Den Europæiske Socialfond "Investering i din fremtid" (tilskudsnummer PEJD-2018-PRE/BMD-7899). NLR blev støttet af Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón, "Programa Intramural de Impulso a la I+D+I 2019". MD's arbejde blev støttet af Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) og Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) (PT20/00044). CNIC støttes af Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) og Pro CNIC Foundation og er et Severo Ochoa Center of Excellence (SEV-2015-0505).

Forsøg med forsøgsdyr blev udført i overensstemmelse med De Europæiske Fællesskabers rådsdirektiv 2010/63/EU og godkendt af Den Etiske Komité for Dyreforsøg på Hospital Gregorio Marañón. En grafisk oversigt over forsøgsprotokollen er vist i figur 1A.
1. Hjernemållokalisering ved in vivo neuroimaging
<ol><li>Forberedelse af dyr BEMÆRK: Der blev brugt Wistar-hanrotter på ~300 g.<ol><li>Placer dyret i en anæstesiinduktionsboks og...

<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>

I betragtning af fremskridtene i forståelsen af hjernefunktion og de neurale netværk, der er involveret i patofysiologien af neuropsykiatriske lidelser, anerkender mere og mere forskning potentialet i DBS i en bred vifte af neurologisk baserede patologier2. Imidlertid forbliver virkningsmekanismen for denne terapi uklar. Flere teorier har forsøgt at forklare de virkninger, der er opnået under specifikke patologiske og stimulerende omstændigheder, men heterogeniteten af de foreslåede undersø...

Udtrykket neurostimulering omfatter en række forskellige teknikker, der sigter mod at stimulere nervesystemet med et terapeutisk mål1. Blandt dem skiller dyb hjernestimulering (DBS) sig ud som en af de mest udbredte neurostimuleringsstrategier i klinisk praksis. DBS består af stimulering af dybe hjernekerner med elektriske impulser leveret af en neurostimulator, implanteret direkte i patientens krop, gennem elektroder placeret i hjernemålet, der skal moduleres ved stereotaktisk kirurgi. Antallet af artikler, der evaluerer gennemførligheden af DBS-anvendelse i forskellige neurologiske og psykiatriske lidelser, vokser kontinuerligt2, selvom kun nogle af dem er blevet godkendt af Food and Drug Association (FDA) (dvs. essentiel tremor, Parkinsons sygdom, dystoni, obsessiv-kompulsiv lidelse og medicinsk ildfast epilepsi)3 . Desuden er et stort antal hjernemål og stimuleringsprotokoller under forskning til DBS-behandling af mange flere patologier end officielt godkendt, men ingen af dem betragtes som endelige. Disse uoverensstemmelser i DBS-forskning og kliniske procedurer kan til dels skyldes manglende fuld forståelse af dens virkningsmekanisme4. Derfor gøres der en enorm indsats for at dechiffrere in vivo-virkningerne af DBS på hjernens dynamik, da ethvert fremskridt, uanset hvor lille, vil hjælpe med at forfine DBS-protokoller for større terapeutisk succes.
I denne sammenhæng åbner molekylære billeddannelsesteknikker et direkte vindue til at observere in vivo neuromodulerende virkninger af DBS. Disse tilgange giver mulighed for ikke kun at bestemme virkningen af DBS, mens den anvendes, men også at opklare arten af dens konsekvenser, forhindre uønskede bivirkninger og klinisk forbedring og endda tilpasse stimuleringsparametre til patientens behov5. Blandt disse metoder er positronemissionstomografi (PET) ved hjælp af 2-deoxy-2-[18F] fluor-D-glucose (FDG) af særlig interesse, fordi den giver specifik og realtidsinformation om aktiveringstilstanden for forskellige hjerneområder6. Specifikt giver FDG-PET-billeddannelse en indirekte evaluering af neural aktivering baseret på det fysiologiske princip om metabolisk kobling mellem neuroner og gliaceller6. I denne forstand har flere kliniske undersøgelser rapporteret DBS-modulerede hjerneaktivitetsmønstre ved hjælp af FDG-PET (se3 for gennemgang). Ikke desto mindre pådrager kliniske undersøgelser sig let flere ulemper, når de fokuserer på patienter, såsom heterogenitet eller rekrutteringsvanskeligheder, hvilket stærkt begrænser deres forskningspotentiale6. Denne sammenhæng fører forskere til at bruge dyremodeller af menneskelige tilstande til at evaluere biomedicinske tilgange før deres kliniske oversættelse eller, hvis de allerede anvendes i klinisk praksis, til at forklare den fysiologiske oprindelse af terapeutiske fordele eller bivirkninger. På trods af de store afstande mellem menneskelig patologi og den modellerede tilstand hos forsøgsdyr er disse prækliniske tilgange således afgørende for en sikker og effektiv overgang til klinisk praksis.
Dette manuskript beskriver en eksperimentel DBS-protokol for murinemodeller kombineret med en langsgående FDG-PET-undersøgelse for at vurdere de akutte konsekvenser af DBS på hjernens metabolisme. De resultater, der opnås med denne protokol, kan bidrage til at opklare de indviklede modulerende mønstre induceret af hjerneaktivitet af DBS. Derfor tilvejebringes en passende eksperimentel strategi til in vivo konsekvenserne af stimulering, så klinikere kan forudse terapeutiske virkninger under specifikke omstændigheder og derefter tilpasse stimuleringsparametre til patientens behov.

<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

Dyb hjernestimulering (DBS) er en invasiv neurokirurgisk teknik baseret på anvendelse af elektriske impulser på hjernestrukturer involveret i patientens patofysiologi. På trods af DBS's lange historie forbliver dens virkningsmekanisme og passende protokoller uklare, hvilket understreger behovet for forskning, der sigter mod at løse disse gåder. I denne forstand repræsenterer evaluering af in vivo-virkningerne af DBS ved hjælp af funktionelle billeddannelsesteknikker en stærk strategi til at bestemme virkningen af stimulering på hjernens dynamik. Her beskrives en eksperimentel protokol for prækliniske modeller (Wistar-rotter) kombineret med en langsgående undersøgelse [18F] -fluorodeoxyclucose positronemissionstomografi (FDG-PET) for at vurdere de akutte konsekvenser af DBS på hjernens metabolisme. For det første gennemgik dyr stereotaktisk kirurgi til bilateral implantation af elektroder i den præfrontale cortex. En postkirurgisk computertomografi (CT) scanning af hvert dyr blev erhvervet for at verificere elektrodeplacering. Efter en uges bedring blev der erhvervet en første statisk FDG-PET for hvert opereret dyr uden stimulering (D1), og to dage senere (D2) blev en anden FDG-PET erhvervet, mens dyr blev stimuleret. Til det blev elektroderne forbundet til en isoleret stimulator efter administration af FDG til dyrene. Således blev dyr stimuleret i løbet af FDG-optagelsesperioden (45 min), hvilket registrerede de akutte virkninger af DBS på hjernens metabolisme. I betragtning af denne undersøgelses sonderende karakter blev FDG-PET-billeder analyseret ved en voxel-klog tilgang baseret på en parret T-test mellem D1- og D2-undersøgelser. Samlet set tillader kombinationen af DBS og billeddannelsesundersøgelser at beskrive neuromodulationskonsekvenserne på neurale netværk, hvilket i sidste ende hjælper med at opklare gåderne omkring DBS.

Dyrene blev ofret ved hjælp af CO2 i slutningen af undersøgelsen, eller når dyrets velfærd blev kompromitteret. Et eksempel på en komplet PET/CT-undersøgelse fra et opereret dyr er vist i figur 3. Således kan elektroden indsat i rottehjernen tydeligt observeres på CT-billedet vist i figur 3A. Denne billedbehandlingsmetode giver god anatomisk information og letter registreringen af FDG-PET-billeder, da funktionelle modaliteter har tendens til a...

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

Vi beskriver en præklinisk eksperimentel metode til at evaluere metabolisk neuromodulation induceret af akut dyb hjernestimulering med in vivo FDG-PET. Dette manuskript omfatter alle eksperimentelle trin, fra stereotaxisk kirurgi til anvendelse af stimuleringsbehandling og erhvervelse, behandling og analyse af PET-billeder.

In vivo Positronemissionstomografi for at afsløre aktivitetsmønstre induceret af dyb hjernestimulering hos rotter

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

Denne protokol gør det muligt at studere stimuleringskonsekvenserne på neurale netværk, der hjælper med at opklare gåden omkring DBS. Og for at bestemme virkningen af en stimulering på hjernens dynamik. Den største fordel ved at bruge FD-reparation under en stimulering er, at vi kan visualisere in vivo-konsekvenserne af den akutte stimulering på hjernens dynamik og derefter forfine in vivo stimuleringsprotokollerne.Denne metode er af særlig relevans inden for neurologi og psykiatri. Som det er i disse medicinske specialiteter, hvor DBS har sin største indflydelse som en antroponatisk strategi. Til at begynde med skal du lægge det bedøvede dyr liggende på CT-sengen.Til CT-billeddannelse skal du fastgøre ansigtsmasken eller næsekeglen til rotten. Find hovedet i midten af CT-scannerens synsfelt. Fortsæt med at erhverve CT-billedet ved hjælp af anskaffelsesparametre i henhold til scannerens specifikationer.Til MR Imaging skal du lægge dyret liggende på MR-sengen. For at undgå bevægelser under MR-erhvervelse skal du fastgøre hovedet til en stereotaktisk ramme placeret på scannersengen. Fastgør også resten af rottekroppen med silketape.Når positionen er korrekt, skal du erhverve MR-billedet. Brug en billedbehandlingssoftware til rumligt at normalisere CT og MR ved hjælp af en automatisk stiv registreringsalgoritme baseret på gensidig information. Lokaliser bregmalinjen i det samregistrerede billede.Og mål afstanden i AP-, ML- og DV-adgangen fra bregma til den mediale præfrontale cortex ifølge Paxinos og Watson Rat Brain Atlas. Barber området mellem ørerne og øjnene. Placer dyret i den udsatte position på den stereotaktiske ramme.Sørg for hovedets immobilitet ved hjælp af rotteørestængerne. Pas på ikke at indsætte ørestængerne for dybt, da dette kan beskadige trommehinden. Brug hovedholderadapteren til rotter for at holde dyret i den rigtige position under operationen.Påfør Athymic smøregel på rotteøjnene for at forhindre tørhed under operationen og dæk dem med sterilt gasbind. Lav et langsgående snit i huden, der ligger over kraniet mellem ørerne. Strækker sig 1,5 til to centimeter fra lambda til bregma.Udsæt kraniet ved hjælp af to eller tre klemmer. Fjern periosteum med en saks og rengør blodet med saltopløsning For at udsætte bregma og sagittale suturer. Fjern overskydende saltopløsning med gasbind.Før du placerer elektroderne, skal du rette dem med plastikpincet for at sikre den korrekte placering under operationen. Placer en elektrode på holderen af højre arm af den stereotaktiske ramme. Flyt højre arm, der holder elektroden gennem den stereotaktiske ramme.Og placer spidsen af elektroden nøjagtigt over bregma. Prøv at bringe elektrodespidsen så tæt som muligt på kraniet uden at røre ved det For at undgå elektrodeformation. Bemærk de resulterende koordinater for bregma leveret af den stereotaxiske ramme.Brug en kirurgisk pen til at lave et mærke på kraniet, der angiver elektrodens oprindelige position. Flyt holderen til AP- og ML-koordinaterne, der er opnået tidligere. Og lav et mærke på kraniet med en kirurgisk pen, der angiver placeringen af elektrodemålet.Fjern højre arm af den stereotaktiske ramme, der holder elektroden. Pas på ikke at røre ved noget med elektroden. Brug en lille elektrisk boremaskine til at lave et hul gennem kraniet i målpositionen, indtil duraen er synlig.Brug en vatpind til at stoppe blødningen. Bor fire huller langs kraniet for at placere fire skruer. For at øge tandcementens overfladeareal og lokalisere jorden.Fastgør derefter skruerne. Find højre arm af den stereotaktiske ramme med den rigtige elektrode. Flyt armen til den beregnede position, som skal falde sammen med hullet.Sænk derefter elektroden, indtil den berører dura mater. Denne position vil tjene som nul niveau i DV-retningen. Brug de DV-koordinater, der er opnået tidligere, til at indsætte spidsen af elektroden i DV-retningen.Fastgør jorden til en af skruerne tættest på elektroden, og påfør tandcement omkring elektroden og skruerne. Gentag den samme elektrodeplaceringsprocedure for den anden hjernehalvdel. Påfør mere tandcement for at danne en hætte uden at dække elektroden, og vent, indtil den hærder.Brug iodopovidonopløsning til at desinficere det kirurgiske område. Fjern rotten fra den stereotaktiske ramme, og fortsæt med CT-billeddannelse som vist tidligere for at evaluere den korrekte placering af elektroderne. Hurtig rotten i otte til 12 timer før hver PET-scanning.Fyld en 27 gauge sprøjte med ca. 37 megabecquerel af FDG-opløsningen i mindst mulig volumen målt i et aktivimeter. Placer en varmepude under dyrets hale eller brug infrarødt lys til at udvide halevenerne. Injicer FDG-opløsningen gennem en af de laterale haleårer.Placer dyret tilbage i buret, og lad der gå 45 minutter til optagelse af radiospor, før billedoptagelsessessionen påbegyndes. For D2-undersøgelsen leverede DBS i FDG-optagelsesperioden. Forbered den isolerede stimulator og de nødvendige ledninger i et stort og roligt rum med plads nok til dyreburene og minimal indflydelse af potentielt forstyrrende stimuli.Tilslut stimuleringsledningerne til drejningerne for at give dyrene mulighed for frit at bevæge sig inden for burene og til stimulatoren. Indstil stimuleringsparametrene som beskrevet i tekstmanuskriptet. Brug et oscilloskop til at kontrollere den aktuelle tilstand, frekvens og pulsbredde.Bekræft den bifasiske bølgeform med en rektangulær pulsform. CT-billedet visualiserede tydeligt elektroden indsat i rottehjernen. Den billedbehandlingsmodalitet, der blev anvendt i denne undersøgelse, gav også god anatomisk information og lettede registreringen af FDG-PET-billeder.Et sammensmeltet PET-CT-billede af det samme dyr rumligt registreret til det samme stereotaxiske rum. Hjernens metaboliske forskelle blev observeret mellem PET-sessioner, da T-kort overlejrede på sekventielle hjerneskiver på en millimeter fra en MR registreret til reference-CT-billedet. Disse forskelle bestod af stigninger og fald i FDG-optagelse vist som henholdsvis varme og kolde farver.Et detaljeret resumé af de statistiske resultater opnået fra analysen angav den modulerede hjerneregion og hjernehalvkuglen, hvor moduleringen blev observeret. T-statistikken, klyngestørrelsen, moduleringsretningen og P-værdier opnået på top- og klyngeniveauer. Det er afgørende at opretholde et passende æstetisk niveau og af hovedet under operationen.Desuden er koordinatberegning og en rethed af elektroderne afgørende. Nye operatører rådes til at være omhyggelige og følge alle trin. Efter afslutningen af hele proceduren kan dyr underkastes adfærdstest for at evaluere stimuleringsvirkningen på forskellige kognitive domæner.Derudover kan der udføres en række billedundersøgelser for at vurdere DBS-konsekvenserne på celleniveau.

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

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

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

Funktionel Neuroimaging Med Ultrasonic blod-hjerne barrieren forstyrrelser og mangan-forstærket MRI

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

Dyb Brain Stimulation med samtidig fMRI i Gnavere

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

Det olfaktoriske system som en model til at studere axonal vækstmønstre og morfologi<em&gt; In Vivo</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

Analyse af genekspression Ændringer i rottehippocampus Efter Deep Brain Stimulation af den forreste thalamiske Nucleus

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

Samtidige<em&gt; Ex vivo</em&gt; Functional Test af to nethinder af<em&gt; In vivo</em&gt; Elektroretinogrammet System

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

Mikroelektrode Guidet Implantation af elektroder ind i nucleus subthalamicus af rotter for Langsigtet Deep Brain Stimulation

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

Udforskning af Deep Space - afdække anatomi af Periventricular strukturer til at afsløre de laterale ventrikler af den menneskelige hjerne

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

Sub-akut Cerebral Microhemorrhages induceret af LPS injektion i rotter

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