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

クリスティン・ウィンター教授、ジュリア・クライン教授、アレクサンドラ・デ・フランシスコ教授、ヨランダ・シエラ教授には、ここで説明する方法論の最適化における貴重な支援に感謝します。MLSは、欧州地域開発基金(ERDF)が共同出資したサルドカルロス3世研究所(プロジェクト番号PI17/01766および助成金番号BA21/0030)の支援を受けました。シベルサム(プロジェクト番号CB07 / 09/0031);Delegación del Gobierno para el Plan Nacional sobre Drogas (プロジェクト番号 2017/085);Fundación Mapfre;とファンダシオンアリシアコプロウィッツ。 MCVは、この機関の奨学金保有者としてタチアナ・ペレス・デ・グスマン・エル・ブエノ財団と、EU共同プログラム-神経変性疾患研究(JPND)の支援を受けました。DRMは、欧州社会基金「あなたの未来への投資」(助成金番号PEJD-2018-PRE/BMD-7899)が共同出資した、マドリード市教育委員会の支援を受けました。NLRは、Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón, "Programa Intramural de Impulso a la I+D+I 2019"の支援を受けました。MDの作業は、Ministerio de Ciencia e Innovación(MCIN)およびInstituto de Salud Carlos III(ISCIII)(PT20/00044)によってサポートされました。CNICは、Instituto de Salud Carlos III(ISCIII)、Ministerio de Ciencia e Innovación(MCIN)、およびPro CNIC財団によってサポートされており、Severo Ochoa Center of Excellence(SEV-2015-0505)です。

実験動物の手順は、欧州共同体理事会指令2010/63 / EUに従って実施され、グレゴリオマラニョン病院の動物実験倫理委員会によって承認されました。実験プロトコルのグラフ要約を 図1Aに示す。
1. in vivoニューロイメージングによる脳標的局在
<ol><li>動物の準備 注:~300 gの雄のWistarラットを使用しました。.<ol><li>動物を麻酔誘導ボック?...

<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>

精神神経疾患の病態生理に関わる脳機能や神経回路網の理解が進むにつれ、神経学的に幅広い病態におけるDBSの可能性を認識する研究が増えています2。しかし、この治療法の作用機序は不明のままです。いくつかの理論は、特定の病理学的および刺激的状況で得られた効果を説明しようとしましたが、提案された研究の異質性により、決定的な結論に達することは非常に困...

神経刺激という用語は、治療目的1で神経系を刺激することを目的とした多くの異なる技術を包含する。その中で、脳深部刺激療法(DBS)は、臨床診療で最も普及している神経刺激戦略の1つとして際立っています。DBSは、定位手術によって調節される脳標的に配置された電極を介して、神経刺激装置によって送達される電気パルスによる脳深部核の刺激で構成され、患者の体内に直接埋め込まれます。さまざまな神経疾患および精神疾患におけるDBSの適用可能性を評価する論文の数は継続的に増加していますが2、食品医薬品協会(FDA)によって承認された論文はそのうちのいくつかのみです(すなわち、本態性振戦、パーキンソン病、ジストニア、強迫性障害、および医学的に難治性てんかん)3.さらに、公式に承認されたよりもはるかに多くの病状のDBS治療のために、多数の脳標的と刺激プロトコルが研究されていますが、それらのどれも決定的とは見なされていません。DBSの研究と臨床手順におけるこれらの不一致は、その作用機序の完全な理解の欠如に一部起因している可能性があります4。したがって、脳のダイナミクスに対するDBSの in vivo 効果を解読するために多大な努力が払われており、進歩するたびに、たとえ小さくても、より大きな治療の成功のためにDBSプロトコルを改良するのに役立ちます。
これに関連して、分子イメージング技術は、DBSの in vivo 神経調節効果を観察するための直接的な窓を開きます。これらのアプローチは、DBSの適用中にDBSの影響を判断するだけでなく、その結果の性質を解明し、望ましくない副作用や臨床的改善を防ぎ、さらには刺激パラメータを患者のニーズに適応させる機会を提供します5。これらの方法の中で、2−デオキシ−2−[18F]フルオロ−D−グルコース(FDG)を用いた陽電子放出断層撮影(PET)は、異なる脳領域の活性化状態に関する特異的かつリアルタイムの情報を提供するため、特に興味深い6。具体的には、FDG-PETイメージングは、ニューロンとグリア細胞との間の代謝結合の生理学的原理に基づく神経活性化の間接的な評価を提供する6。この意味で、いくつかの臨床研究では、FDG-PETを使用したDBS変調脳活動パターンが報告されています(レビューについては3 を参照)。それにもかかわらず、臨床研究は、異質性や募集の難しさなど、患者に焦点を当てるといくつかの欠点を簡単に被り、研究の可能性を強く制限します6。この文脈により、研究者は人間の状態の動物モデルを使用して、臨床翻訳の前に生物医学的アプローチを評価したり、臨床診療にすでに適用されている場合は、治療上の利点または副作用の生理学的起源を説明したりします。したがって、人間の病理と実験動物のモデル化された状態との間に大きな距離があるにもかかわらず、これらの前臨床アプローチは、臨床診療への安全で効果的な移行に不可欠です。
この原稿では、脳代謝に対するDBSの急性の影響を評価するために、マウスモデルの実験的DBSプロトコルと縦断的なFDG-PET研究を組み合わせて説明しています。このプロトコルで得られた結果は、DBSによって脳活動に誘発される複雑な調節パターンを解明するのに役立つ可能性があります。したがって、刺激の結果を調べるための適切な実験戦略が提供され、臨床医は特定の状況下での治療効果を予測し、刺激パラメータを患者のニーズに適応させることができます。

<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

脳深部刺激療法(DBS)は、患者の病態生理に関与する脳構造への電気パルスの適用に基づく侵襲的な脳神経外科技術です。DBSの長い歴史にもかかわらず、その作用機序と適切なプロトコルは依然として不明であり、これらの謎を解くことを目的とした研究の必要性が浮き彫りになっています。この意味で、機能イメージング技術を使用してDBSの in vivo 効果を評価することは、脳のダイナミクスに対する刺激の影響を決定するための強力な戦略を表しています。ここでは、前臨床モデル(Wistarラット)の実験プロトコルを、縦断的研究[18F]−フルオロデオキシクルコース陽電子放出断層撮影法(FDG-PET)と組み合わせて、脳代謝に対するDBSの急性結果を評価することが記載されている。まず、動物は前頭前野への電極の両側移植のための定位手術を受けた。電極の配置を確認するために、各動物の術後のコンピューター断層撮影(CT)スキャンを取得しました。回復の1週間後、刺激なしで操作された各動物の第1の静的FDG−PETを獲得し(D1)、そして2日後(D2)、動物が刺激されている間に第2のFDG−PETを獲得した。そのために、電極を、FDGを動物に投与した後に単離された刺激装置に接続した。したがって、FDG取り込み期間(45分)の間に動物を刺激し、脳代謝に対するDBSの急性効果を記録した。この研究の探索的性質を考慮して、FDG-PET画像は、D1研究とD2研究の間の対応のあるT検定に基づくボクセル単位のアプローチによって分析されました。全体として、DBSとイメージング研究の組み合わせにより、ニューラルネットワークに対する神経調節の結果を記述することができ、最終的にはDBSを取り巻く難問を解明するのに役立ちます。

動物は、研究の終了時または動物の福祉が損なわれたときにCO2を使用して犠牲にされた。手術動物からの完全なPET / CT研究の例を 図3に示します。これにより、ラット脳に挿入された電極は、 図3Aに示すCT画像で明瞭に観察することができる。このイメージングモダリティは、機能モダリティが構造画像よりもぼやける傾向があることを考?...

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

in vivo FDG-PETによる急性脳深部刺激療法により誘導される代謝性神経調節を評価するための前臨床実験法について述べる。この原稿には、定位固定装置手術から刺激治療の適用、PET画像の取得、処理、分析まで、すべての実験ステップが含まれています。

生体内 ラットの脳深部刺激による活動パターンを明らかにする陽電子放出断層撮影法

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

このプロトコルは、DBSを取り巻く謎を解明するのに役立つニューラルネットワークへの刺激の影響を研究することを可能にします。そして、刺激が脳のダイナミクスに与える影響を判断すること。刺激中にFD修復を使用する主な利点は、脳のダイナミクスに対する急性刺激のin vivoの影響を視覚化し、in vivoで刺激プロトコルを改良できることです。この方法は、神経学および精神医学の分野で特に関連性があります。DBSが人為的戦略として大きな影響を与えるこれらの医療専門分野にあるように。はじめに、麻酔をかけた動物を仰臥位でCTベッドに置きます。CTイメージングの場合は、フェイスマスクまたはノーズコーンをラットに固定します。CTスキャナーの視野の中央にヘッドを配置します。スキャナーの仕様に従って取得パラメータを使用してCT画像の取得に進みます。MRイメージングの場合は、動物をMRIベッドに仰向けに寝かせます。MRI取得中の動きを避けるために、スキャナーベッドに配置された定位フレームにヘッドを固定します。また、ラットの体の残りの部分をシルクテープで固定します。位置が正しいら、MRI画像を取得します。画像処理ソフトウェアを使用して、相互情報に基づく自動剛体レジストレーションアルゴリズムを使用してCTとMRIを空間的に正規化します。共同登録されたイメージの bregma 行をローカライズします。そして、パクシノスとワトソンラットの脳アトラスに従って、ブレグマから内側前頭前野までのAP、ML、およびDVアクセスの距離を測定します。耳と目の間の領域を剃ります。動物を定位フレームの腹臥位に置きます。ラットのイヤーバーを使用して頭が動かないようにします。イヤーバーを深く挿入しすぎると、鼓膜が損傷する可能性があるため、注意してください。ラット用のヘッド保持アダプターを使用して、手術中に動物を正しい位置に維持します。手術中の乾燥を防ぐためにラットの目に無胸腺潤滑ジェルを塗布し、滅菌ガーゼで覆います。耳の間の頭蓋骨の上にある皮膚を縦切開します。ラムダからブレグマまで1.5〜2センチメートル伸びています。2つか3つのクランプの助けを借りて頭蓋骨を露出させます。ハサミで骨膜を取り除き、生理食塩水で血液をきれいにします ブレグマと矢状縫合糸を露出させます。余分な食塩水をガーゼで取り除きます。電極を配置する前に、プラスチック製のピンセットで電極をまっすぐにして、手術中に正しく配置されるようにします。定位フレームの右腕のホルダーに1つの電極を置きます。電極を保持している右腕を定位フレームに通します。そして、電極の先端をブレグマの真上に置きます。電極の変形を避けるために、電極の先端に触れずに頭蓋骨にできるだけ近づけるようにしてください。脳定位固定装置フレームによって提供される bregma の結果の座標に注意してください。外科用ペンを使用して、電極の初期位置を示すマークを頭蓋骨に付けます。ホルダーを前に取得した AP 座標と ML 座標に移動します。そして、電極ターゲットの位置を示す外科用ペンで頭蓋骨に印を付けます。電極を保持している定位フレームの右腕を取り外します。電極に触れないように注意してください。小さな電気ドリルを使用して、硬膜が見えるまで、ターゲット位置の頭蓋骨に穴を開けます。綿棒を使用して出血を止めます。頭蓋骨に沿って4つの穴を開けて、4本のネジを配置します。歯科用セメントの表面積を増やし、地面を見つけます。次に、ネジを取り付けます。右電極で定位フレームの右腕を見つけます。穴と一致する計算された位置にアームを移動します。次に、硬膜に触れるまで電極を下げます。この位置は、DV方向のゼロレベルとして機能します。先ほど取得したDV座標を使用して、電極の先端をDV方向に挿入します。電極に最も近いネジの1つにアースを取り付け、電極とネジの周りに歯科用セメントを塗布します。脳のもう一方の半球についても同じ電極配置手順を繰り返します。電極を覆わずにキャップを形成するためにより多くの歯科用セメントを塗布し、それが硬化するまで待ちます。ヨードポビドン溶液を使用して手術領域を消毒します。ラットを定位フレームから取り外し、前に示したようにCTイメージングを続行して、電極の正しい配置を評価します。各PETスキャンの前にラットを8〜12時間絶食させます。27ゲージのシリンジに、活性計で測定した最小量のFDG溶液約37メガベクレルを充填します。動物の尾の下に加熱パッドを置くか、赤外線を使用して尾静脈を拡張します。外側尾静脈の1つからFDG溶液を注入します。動物をケージに戻し、画像取得セッションを開始する前に、ラジオトレーサーの取り込みに45分かかります。D2研究では、FDG取り込み期間中にDBSを送達した。隔離された刺激装置と必要なワイヤーを、動物ケージに十分なスペースがあり、潜在的に邪魔な刺激の影響が最小限の広大で静かな部屋に準備します。刺激ワイヤーをスイベルに接続して、動物がケージ内と刺激装置内を自由に移動できるようにします。テキスト原稿に記載されているように刺激パラメータを設定します。オシロスコープを使用して、電流モード、周波数、パルス幅を確認します。二相性波形を矩形パルス形状で確認します。CT画像は、ラットの脳に挿入された電極をはっきりと視覚化した。この研究で使用されたイメージングモダリティは、優れた解剖学的情報を提供し、FDG-PET画像の登録を容易にしました。同じ脳定位装置空間に空間的に登録された同じ動物の融合PET-CT画像。脳代謝の違いは、参照CT画像に登録されたMRIからの連続した1ミリメートルの脳スライスに重ね合わせたTマップとして、PETセッション間で観察されました。これらの差は、FDG取り込みの増減により、それぞれ暖色と寒色で示された。分析から得られた統計結果の詳細な要約は、変調された脳領域および変調が観察された脳半球を示した。T統計量、クラスターサイズ、変調方向、およびピークレベルとクラスターレベルで取得されたP値。手術中は、適切な審美的レベルと頭を維持することが重要です。さらに、電極の座標計算と真直度は不可欠です。新しいオペレーターは細心の注意を払い、すべての手順に従うことをお勧めします。手順全体を完了した後、動物は、異なる認知領域に対する刺激の影響を評価するために行動試験に供することができる。さらに、細胞レベルでDBSの結果を評価するために、いくつかの画像研究を行うことができます。

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：脆弱X症候群と自閉症の可塑性のMechasnismを探検するシータバーストプロトコルを使用する

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

によるマウス網膜神経節細胞のトランスフェクション in vivoでエレクトロポレーション

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

超音波血液脳関門の破壊とマンガン増強MRIを用いた脳機能イメージングの試み

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

げっ歯類での同時のfMRIと脳深部刺激

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

モデルとしての嗅覚系は、軸索の成長パターンと形態を研究する<em&gt;インビボ</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

視床前核の脳深部刺激後のラット海馬における遺伝子発現の変化の解析

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

同時<em&gt; ex vivoで</emによる二つの網膜の&gt;機能テスト<em&gt; in vivoで</em&gt;電図システム

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

微小電極は、長期的な脳深部刺激のためのラットの視床下核に電極の移植ガイド付き

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

人間の脳の側脳室を明らかにする脳室周囲構造の解剖学を暴く - 深宇宙の探索

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

ラットにおけるリポ多糖投与による亜急性の脳 Microhemorrhages

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

生体内 ラットの脳深部刺激による活動パターンを明らかにする陽電子放出断層撮影法

生体内ラットの脳深部刺激による活動パターンを明らかにする陽電子放出断層撮影法