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

Wij danken Prof. Christine Winter, Julia Klein, Alexandra de Francisco en Yolanda Sierra voor hun onschatbare steun bij de optimalisatie van de hier beschreven methodologie. MLS werd ondersteund door het Ministerio de Ciencia e Innovación, Instituto de Salud Carlos III (projectnummer PI17/01766 en subsidienummer BA21/0030), medegefinancierd door het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO), "A way to make Europe"; CIBERSAM (projectnummer CB07/09/0031); Delegación del Gobierno para el Plan Nacional sobre Drogas (projectnummer 2017/085); Fundación Mapfre; en Fundación Alicia Koplowitz.  MCV werd ondersteund door Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno als beurshouder van deze instelling en eu Joint Programme - Neurodegenerative Disease Research (JPND). DRM werd ondersteund door Consejería de Educación e Investigación, Comunidad de Madrid, medegefinancierd door het Europees Sociaal Fonds "Investeren in uw toekomst" (subsidienummer PEJD-2018-PRE/BMD-7899). NLR werd ondersteund door Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón, "Programa Intramural de Impulso a la I+D+I 2019". Md-werk werd ondersteund door Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) en Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) (PT20/00044). Het CNIC wordt ondersteund door het Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), het Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) en de Pro CNIC Foundation, en is een Severo Ochoa Center of Excellence (SEV-2015-0505).

Proefdierprocedures werden uitgevoerd volgens richtlijn 2010/63/EU van de Raad van de Europese Gemeenschappen en goedgekeurd door de ethische commissie voor dierproeven van het ziekenhuis Gregorio Marañón. Een grafische samenvatting van het experimentele protocol is weergegeven in figuur 1A.
1. Lokalisatie van hersendoelen door in vivo neuroimaging
<ol><li>Dierlijke bereiding OPMERKING: Mannelijke Wistar-ratten van ~ 300 g werden gebruikt.<...

<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>

Gezien de vooruitgang in het begrip van de hersenfunctie en de neurale netwerken die betrokken zijn bij de pathofysiologie van neuropsychiatrische aandoeningen, erkent steeds meer onderzoek het potentieel van DBS in een breed scala van neurologisch gebaseerde pathologieën2. Het werkingsmechanisme van deze therapie blijft echter onduidelijk. Verschillende theorieën hebben geprobeerd de effecten te verklaren die worden verkregen in specifieke pathologische en stimulatieomstandigheden, maar de hete...

De term neurostimulatie omvat een aantal verschillende technieken gericht op het stimuleren van het zenuwstelsel met een therapeutisch doel1. Onder hen valt diepe hersenstimulatie (DBS) op als een van de meest wijdverspreide neurostimulatiestrategieën in de klinische praktijk. DBS bestaat uit de stimulatie van diepe hersenkernen met elektrische pulsen die worden afgegeven door een neurostimulator, rechtstreeks in het lichaam van de patiënt geïmplanteerd, via elektroden die in het hersendoel worden geplaatst om te worden gemoduleerd door stereotactische chirurgie. Het aantal artikelen dat de haalbaarheid van DBS-toepassing bij verschillende neurologische en psychiatrische aandoeningen evalueert, groeit voortdurend2, hoewel slechts enkele ervan zijn goedgekeurd door de Food and Drug Association (FDA) (d.w.z. essentiële tremor, de ziekte van Parkinson, dystonie, obsessief-compulsieve stoornis en medisch refractaire epilepsie)3 . Bovendien wordt een groot aantal hersendoelen en stimulatieprotocollen onderzocht voor DBS-behandeling van veel meer pathologieën dan officieel goedgekeurd, maar geen van hen wordt als definitief beschouwd. Deze inconsistenties in DBS-onderzoek en klinische procedures kunnen gedeeltelijk te wijten zijn aan een gebrek aan volledig begrip van het werkingsmechanismeervan 4. Daarom worden enorme inspanningen geleverd om de in vivo effecten van DBS op de hersendynamiek te ontcijferen, omdat elke vooruitgang, hoe klein ook, zal helpen bij het verfijnen van DBS-protocollen voor meer therapeutisch succes.
In deze context openen moleculaire beeldvormingstechnieken een direct venster om in vivo neuromodulerende effecten van DBS te observeren. Deze benaderingen bieden niet alleen de mogelijkheid om de impact van DBS te bepalen terwijl het wordt toegepast, maar ook om de aard van de gevolgen ervan te ontrafelen, ongewenste bijwerkingen en klinische verbetering te voorkomen en zelfs stimulatieparameters aan te passen aan de behoeften van de patiënt5. Onder deze methoden is positronemissietomografie (PET) met behulp van 2-deoxy-2-[18F]fluoro-D-glucose (FDG) van bijzonder belang omdat het specifieke en realtime informatie biedt over de activeringstoestand van verschillende hersengebieden6. In het bijzonder biedt FDG-PET-beeldvorming een indirecte evaluatie van neurale activering op basis van het fysiologische principe van metabole koppeling tussen neuronen en gliacellen6. In die zin hebben verschillende klinische studies DBS-gemoduleerde hersenactiviteitspatronen gemeld met behulp van FDG-PET (zie3 voor beoordeling). Niettemin ondervinden klinische studies gemakkelijk verschillende nadelen wanneer ze zich richten op patiënten, zoals heterogeniteit of wervingsproblemen, die hun onderzoekspotentieel sterk beperken6. Deze context brengt onderzoekers ertoe om diermodellen van menselijke aandoeningen te gebruiken om biomedische benaderingen te evalueren vóór hun klinische vertaling of, indien al toegepast in de klinische praktijk, om de fysiologische oorsprong van therapeutische voordelen of bijwerkingen te verklaren. Dus, ondanks de grote afstanden tussen menselijke pathologie en de gemodelleerde toestand bij proefdieren, zijn deze preklinische benaderingen essentieel voor een veilige en effectieve overgang naar de klinische praktijk.
Dit manuscript beschrijft een experimenteel DBS-protocol voor muizenmodellen, gecombineerd met een longitudinale FDG-PET-studie, om de acute gevolgen van DBS op het hersenmetabolisme te beoordelen. De uitkomsten die met dit protocol worden verkregen, kunnen helpen om de ingewikkelde modulatorische patronen te ontrafelen die door DBS op hersenactiviteit worden geïnduceerd. Daarom wordt een geschikte experimentele strategie geboden om in vivo de gevolgen van stimulatie te onderzoeken, waardoor clinici onder specifieke omstandigheden kunnen anticiperen op therapeutische effecten en vervolgens de stimulatieparameters kunnen aanpassen aan de behoeften van de patiënt.

<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

Diepe hersenstimulatie (DBS) is een invasieve neurochirurgische techniek gebaseerd op de toepassing van elektrische pulsen op hersenstructuren die betrokken zijn bij de pathofysiologie van de patiënt. Ondanks de lange geschiedenis van DBS blijven het werkingsmechanisme en de juiste protocollen onduidelijk, wat de noodzaak benadrukt van onderzoek dat gericht is op het oplossen van deze raadsels. In die zin is het evalueren van de in vivo effecten van DBS met behulp van functionele beeldvormingstechnieken een krachtige strategie om de impact van stimulatie op de hersendynamiek te bepalen. Hier wordt een experimenteel protocol voor preklinische modellen (Wistar-ratten), gecombineerd met een longitudinale studie [18F]-fluorodeoxyclucose positronemissietomografie (FDG-PET), beschreven om de acute gevolgen van DBS op het hersenmetabolisme te beoordelen. Ten eerste ondergingen dieren stereotactische chirurgie voor bilaterale implantatie van elektroden in de prefrontale cortex. Een postoperatieve computertomografie (CT) -scan van elk dier werd verkregen om de plaatsing van de elektrode te verifiëren. Na een week herstel werd een eerste statische FDG-PET van elk geopereerd dier zonder stimulatie (D1) verkregen en twee dagen later (D2) werd een tweede FDG-PET verkregen terwijl dieren werden gestimuleerd. Daarvoor werden de elektroden aangesloten op een geïsoleerde stimulator na toediening van FDG aan de dieren. Zo werden dieren gestimuleerd tijdens de FDG-opnameperiode (45 min), waarbij de acute effecten van DBS op het hersenmetabolisme werden geregistreerd. Gezien het verkennende karakter van deze studie, werden FDG-PET-beelden geanalyseerd door een voxel-wise benadering op basis van een gepaarde T-test tussen D1- en D2-studies. Over het algemeen maakt de combinatie van DBS- en beeldvormingsstudies het mogelijk om de neuromodulatiegevolgen op neurale netwerken te beschrijven, wat uiteindelijk helpt om de raadsels rond DBS te ontrafelen.

De dieren werden geofferd met CO2 aan het einde van het onderzoek of wanneer het welzijn van het dier in het gedrang kwam. Een voorbeeld van een volledig PET/CT-onderzoek van een geopereerd dier is weergegeven in figuur 3. De elektrode die in het rattenbrein is ingebracht, kan dus duidelijk worden waargenomen in de CT-afbeelding in figuur 3A. Deze beeldvormingsmodaliteit levert goede anatomische informatie op en vergemakkelijkt de registratie van FDG-...

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

We beschrijven een preklinische experimentele methode om metabole neuromodulatie geïnduceerd door acute diepe hersenstimulatie met in vivo FDG-PET te evalueren. Dit manuscript bevat alle experimentele stappen, van stereotaxische chirurgie tot de toepassing van de stimulatiebehandeling en de verwerving, verwerking en analyse van PET-beelden.

In vivo Positronemissietomografie om activiteitspatronen te onthullen die worden geïnduceerd door diepe hersenstimulatie bij ratten

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

Dit protocol maakt het mogelijk om de stimulatiegevolgen op neurale netwerken te bestuderen en het raadsel rond DBS te ontrafelen. En om de impact van een stimulatie op de hersendynamiek te bepalen. Het grote voordeel van het gebruik van FD-reparatie tijdens een stimulatie is dat we de in vivo gevolgen van de acute stimulatie op de hersendynamica kunnen visualiseren en vervolgens in vivo de stimulatieprotocollen kunnen verfijnen.Deze methode is van bijzonder belang op het gebied van neurologie en psychiatrie. Zoals het is in deze medische specialismen waarin DBS zijn grote impact heeft als antroponotische strategie. Leg om te beginnen het verdoofde dier achterover op het CT-bed.Voor CT-beeldvorming bevestigt u het gezichtsmasker of de neuskegel aan de rat. Plaats de kop in het midden van het gezichtsveld van de CT-scanner. Ga verder met het verkrijgen van het CT-beeld met behulp van acquisitieparameters volgens de specificaties van de scanner.Leg voor MR Imaging het dier in rugligging op het MRI-bed. Om bewegingen tijdens MRI-acquisitie te voorkomen, bevestigt u het hoofd aan een stereotactisch frame dat op het scannerbed is geplaatst. Beveilig ook de rest van het rattenlichaam met zijden tape.Zodra de positie correct is, verwerft u het MRI-beeld. Gebruik een beeldverwerkingssoftware om CT en MRI ruimtelijk te normaliseren met behulp van een automatisch rigide registratiealgoritme op basis van wederzijdse informatie. Lokaliseer de bregmalijn in de medegeregistreerde afbeelding.En meet de afstand in de AP-, ML- en DV-toegang van bregma tot de mediale prefrontale cortex volgens de Paxinos en Watson Rat Brain Atlas. Scheer het gebied tussen de oren en de ogen. Plaats het dier in buikligging op het stereotactische frame.Zorg voor immobiliteit van de kop door de rat oorbalken te gebruiken. Zorg ervoor dat u de oorstaven niet te diep inbrengt, omdat dit het trommelvlies kan beschadigen. Gebruik de hoofdklemadapter voor ratten om het dier tijdens de operatie in de juiste positie te houden.Breng athymische smeergel aan op de rattenogen om uitdroging tijdens de operatie te voorkomen en bedek ze met steriel gaas. Maak een longitudinale incisie in de huid boven de schedel tussen de oren. 1,5 tot twee centimeter van lambda naar bregma.Leg de schedel bloot met behulp van twee of drie klemmen. Verwijder het botvlies met een schaar en reinig het bloed met zoutoplossing Om bregma en de sagittale hechtingen bloot te leggen. Verwijder de overtollige zoutoplossing met gaas.Voordat u de elektroden positioneert, maakt u ze recht met een plastisch pincet om de juiste plaatsing tijdens de operatie te garanderen. Plaats één elektrode op de houder van de rechterarm van het stereotactische frame. Beweeg de rechterarm die de elektrode vasthoudt door het stereotactische frame.En plaats de punt van de elektrode precies over bregma. Probeer de elektrodepunt zo dicht mogelijk bij de schedel te brengen zonder deze aan te raken Om elektrodevervorming te voorkomen. Noteer de resulterende coördinaten voor bregma die door het stereotaxische frame worden verstrekt.Maak met behulp van een chirurgische pen een markering op de schedel die de beginpositie van de elektrode aangeeft. Verplaats de houder naar de eerder verkregen AP- en ML-coördinaten. En maak een markering op de schedel met een chirurgische pen die de positie van het elektrodedoel aangeeft.Verwijder de rechterarm van het stereotactische frame dat de elektrode vasthoudt. Pas op dat u niets met de elektrode aanraakt. Maak met behulp van een kleine elektrische boor een gat door de schedel in de doelpositie totdat de dura zichtbaar is.Gebruik een wattenstaafje om het bloeden te stoppen. Boor vier gaten langs de schedel om vier schroeven te plaatsen. Om het oppervlak van het tandcement te vergroten en de grond te lokaliseren.Bevestig vervolgens de schroeven. Lokaliseer de rechterarm van het stereotactische frame met de rechterelektrode. Verplaats de arm naar de berekende positie die moet samenvallen met het gat.Laat vervolgens de elektrode zakken totdat deze de dura mater raakt. Deze positie dient als nulniveau in de DV-richting. Gebruik de eerder verkregen DV-coördinaten om de punt van de elektrode in de DV-richting te plaatsen.Bevestig de grond aan een van de schroeven die zich het dichtst bij de elektrode bevinden en breng tandcement aan rond de elektrode en schroeven. Herhaal dezelfde elektrodeplaatsingsprocedure voor de andere hersenhelft. Breng meer tandcement aan om een dop te vormen zonder de elektrode te bedekken en wacht tot deze hard wordt.Gebruik iodopovidonoplossing om het chirurgische gebied te desinfecteren. Verwijder de rat uit het stereotactische frame en ga verder met CT-beeldvorming zoals eerder aangetoond om de juiste plaatsing van de elektroden te evalueren. Snel de rat acht tot 12 uur voorafgaand aan elke PET-scan.Vul een spuit met 27 gauge met ongeveer 37 megabecquerel van de FDG-oplossing in het minst mogelijke volume zoals gemeten in een activimeter. Plaats een verwarmingskussen onder de staart van het dier of gebruik infrarood licht om de staartaders te verwijden. Injecteer de FDG-oplossing door een van de laterale staartaders.Plaats het dier terug in de kooi en laat 45 minuten voor opname door radio tracer voordat u de beeldacquisitiesessie start. Voor de D2-studie, dbs geleverd tijdens de FDG-opnameperiode. Bereid de geïsoleerde stimulator en de benodigde draden voor in een grote en rustige ruimte met voldoende ruimte voor de dierenkooien en minimale invloed van potentieel storende stimuli.Sluit de stimulatiedraden aan op de swivels zodat dieren vrij kunnen bewegen in de kooien en op de stimulator. Stel de stimulatieparameters in zoals beschreven in het tekstmanuscript. Gebruik een oscilloscoop om de huidige modus, frequentie en pulsbreedte te controleren.Bevestig de bifasische golfvorm met een rechthoekige pulsvorm. Het CT-beeld visualiseerde duidelijk de elektrode die in het rattenbrein was ingebracht. De beeldvormingsmodaliteit die in deze studie werd gebruikt, leverde ook goede anatomische informatie op en vergemakkelijkte de registratie van FDG-PET-beelden.Een gefuseerd PET-CT-beeld van hetzelfde dier ruimtelijk geregistreerd in dezelfde stereotaxische ruimte. De metabole verschillen in de hersenen werden waargenomen tussen PET-sessies als T-kaarten bovenop opeenvolgende hersenplakken van één millimeter van een MRI die is geregistreerd op het referentie-CT-beeld. Deze verschillen bestonden uit toenames en dalingen in FDG-opname weergegeven als respectievelijk warme en koude kleuren.Een gedetailleerde samenvatting van de statistische resultaten verkregen uit de analyse gaf het gemoduleerde hersengebied en de hersenhelft aan waarin de modulatie werd waargenomen. De T-statistiek, de clustergrootte, de richting van modulatie en P-waarden verkregen op piek- en clusterniveau. Het is cruciaal om een adequaat esthetisch niveau en van het hoofd te behouden tijdens de operatie.Bovendien zijn coördinatenberekening en een rechtheid van de elektroden essentieel. Nieuwe operators worden geadviseerd om zorgvuldig te zijn en alle stappen te volgen. Na het voltooien van de hele procedure kunnen dieren worden onderworpen aan een gedragstest om de stimulatie-impact op verschillende cognitieve domeinen te evalueren.Daarnaast kan een aantal beeldstudies worden uitgevoerd om de DBS-gevolgen op cellulair niveau te beoordelen.

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: Met behulp van de Theta-Burst protocol bij Mechasnism van plasticiteit Ontdek bij mensen met fragiele X syndroom en autisme

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

Transfectie van Mouse retinale ganglioncellen door In vivo Elektroporatie

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

Functionele neuroimaging Met behulp van ultrasone bloed-hersen barrière verstoring en mangaan-enhanced 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

Deep Brain Stimulation met gelijktijdige fMRI in Knaagdieren

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

Het olfactorisch systeem als model om axonale groeipatronen en morfologie Bestudeer<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 van genexpressie Veranderingen in het Rat Hippocampus Na Deep Brain Stimulation van de Anterior Thalamic 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

Simultaan<em&gt; Ex vivo</em&gt; Functioneel testen van Two netvliezen door<em&gt; In vivo</em&gt; Elektroretinogram 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

Micro-elektrode Begeleide Implantatie van elektroden in de nucleus subthalamicus van Rats naar Lange termijn 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

Verkennen van Deep Space - blootleggen van de anatomie van de Periventricular structuren te onthullen van de laterale ventrikels van het menselijk brein

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 acute cerebrale Microhemorrhages geïnduceerd door Lipopolysaccharide injectie bij ratten

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