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 i optimaliseringen av metodikken som er beskrevet her. MLS ble støttet av Ministerio de Ciencia e Innovación, Instituto de Salud Carlos III (prosjektnummer PI17/01766 og tilskuddsnummer BA21/0030) delfinansiert av European Regional Development Fund (ERDF), "A way to make Europe"; CIBERSAM (prosjektnummer CB07/09/0031); Delegación del Gobierno para el Plan Nacional sobre Drogas (prosjektnummer 2017/085); Fundación Mapfre; og Fundación Alicia Koplowitz.  MCV ble støttet av Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno som stipendinnehaver av denne institusjonen, og EUs fellesprogram - Neurodegenerative Disease Research (JPND). DRM ble støttet av Consejería de Educación e Investigación, Comunidad de Madrid, delfinansiert av European Social Fund "Investing in your future" (tilskuddsnummer PEJD-2018-PRE/BMD-7899). NLR ble støttet av Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón, "Programa Intramural de Impulso a la I+D+I 2019". MD-arbeidet ble støttet av Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) og Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) (PT20/00044). CNIC støttes av 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).

Forsøksdyrprosedyrer ble utført i henhold til EUs fellesskapsrådsdirektiv 2010/63/EU, og godkjent av Etikkomiteen for dyreforsøk ved Hospital Gregorio Marañón. Et grafisk sammendrag av den eksperimentelle protokollen er vist i figur 1A.
1. Lokalisering av hjernemål ved in vivo neuroimaging
<ol><li>Animal forberedelse MERK: Hannrotter på ~300 g ble brukt.<ol><li>Plasser dyret i en anestesiinduksjonsboks og forsegle toppen.</li>
		<li>S...

<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>

Gitt fremskrittene i forståelsen av hjernefunksjon og nevrale nettverk involvert i patofysiologien til nevropsykiatriske lidelser, anerkjenner mer og mer forskning potensialet til DBS i et bredt spekter av nevrologisk baserte patologier2. Virkningsmekanismen for denne terapien er imidlertid fortsatt uklar. Flere teorier har forsøkt å forklare effektene oppnådd i spesifikke patologiske og stimuleringsforhold, men heterogeniteten til de foreslåtte studiene gjør det svært vanskelig å nå ende...

Begrepet nevrostimulering omfatter en rekke forskjellige teknikker som tar sikte på å stimulere nervesystemet med et terapeutisk mål1. Blant dem skiller dyp hjernestimulering (DBS) seg ut som en av de mest utbredte nevrostimuleringsstrategiene i klinisk praksis. DBS består av stimulering av dype hjernekjerner med elektriske pulser levert av en neurostimulator, implantert direkte inn i pasientens kropp, gjennom elektroder plassert i hjernemålet som skal moduleres ved stereotaktisk kirurgi. Antall artikler som evaluerer muligheten for DBS-anvendelse ved forskjellige nevrologiske og psykiatriske lidelser, vokser kontinuerlig2, selv om bare noen av dem er godkjent av Food and Drug Association (FDA) (dvs. essensiell tremor, Parkinsons sykdom, dystoni, obsessiv-kompulsiv lidelse og medisinsk ildfast epilepsi)3 . Videre er et stort antall hjernemål og stimuleringsprotokoller under forskning for DBS-behandling av mange flere patologier enn offisielt godkjent, men ingen av dem anses som endelige. Disse inkonsekvensene i DBS-forskning og kliniske prosedyrer kan delvis skyldes mangel på full forståelse av virkningsmekanismen4. Derfor gjøres det store anstrengelser for å dechiffrere in vivo-effektene av DBS på hjernens dynamikk, ettersom hvert fremskritt, uansett hvor lite, vil bidra til å avgrense DBS-protokoller for større terapeutisk suksess.
I denne sammenheng åpner molekylære avbildningsteknikker et direkte vindu for å observere in vivo nevromodulerende effekter av DBS. Disse tilnærmingene gir muligheten til ikke bare å bestemme virkningen av DBS mens den brukes, men også å avdekke arten av konsekvensene, forhindre uønskede bivirkninger og klinisk forbedring, og til og med tilpasse stimuleringsparametere til pasientens behov5. Blant disse metodene er positronemisjonstomografi (PET) ved bruk av 2-deoksy-2-[18F]fluoro-D-glukose (FDG) av spesiell interesse fordi den gir spesifikk og sanntidsinformasjon om aktiveringstilstanden til forskjellige hjernegrupper6. Spesielt gir FDG-PET-avbildning en indirekte evaluering av nevral aktivering basert på det fysiologiske prinsippet om metabolsk kobling mellom nevroner og gliaceller6. I denne forstand har flere kliniske studier rapportert DBS-modulerte hjerneaktivitetsmønstre ved bruk av FDG-PET (se3 for gjennomgang). Likevel medfører kliniske studier lett flere ulemper ved å fokusere på pasienter, for eksempel heterogenitet eller rekrutteringsvansker, noe som sterkt begrenser deres forskningspotensial6. Denne konteksten fører forskere til å bruke dyremodeller av menneskelige forhold for å evaluere biomedisinske tilnærminger før deres kliniske oversettelse eller, hvis de allerede er brukt i klinisk praksis, for å forklare den fysiologiske opprinnelsen til terapeutiske fordeler eller bivirkninger. Til tross for de store avstandene mellom menneskelig patologi og den modellerte tilstanden hos forsøksdyr, er disse prekliniske tilnærmingene avgjørende for en sikker og effektiv overgang til klinisk praksis.
Dette manuskriptet beskriver en eksperimentell DBS-protokoll for murinemodeller, kombinert med en longitudinell FDG-PET-studie, for å vurdere de akutte konsekvensene av DBS på hjernens metabolisme. Resultatene oppnådd med denne protokollen kan bidra til å løse de intrikate modulerende mønstrene indusert på hjerneaktivitet av DBS. Derfor er det gitt en egnet eksperimentell strategi for å undersøke konsekvensene av stimulering in vivo , slik at klinikere kan forutse terapeutiske effekter under spesifikke omstendigheter og deretter tilpasse stimuleringsparametere til pasientens 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

Dyp hjernestimulering (DBS) er en invasiv nevrokirurgisk teknikk basert på anvendelse av elektriske pulser til hjernestrukturer involvert i pasientens patofysiologi. Til tross for DBS' lange historie er aksjonsmekanismen og hensiktsmessige protokoller fortsatt uklare, noe som understreker behovet for forskning som tar sikte på å løse disse gåtene. I denne forstand representerer evaluering av in vivo-effektene av DBS ved hjelp av funksjonelle bildebehandlingsteknikker en kraftig strategi for å bestemme virkningen av stimulering på hjernens dynamikk. Her beskrives en eksperimentell protokoll for prekliniske modeller (Wistar-rotter), kombinert med en longitudinell studie [18F]-fluorodeoxyclucose positronemisjonstomografi (FDG-PET), for å vurdere de akutte konsekvensene av DBS på hjernens metabolisme. Først gjennomgikk dyr stereotaktisk kirurgi for bilateral implantasjon av elektroder i prefrontal cortex. En post-kirurgisk datastyrt tomografi (CT) skanning av hvert dyr ble anskaffet for å verifisere elektrodeplassering. Etter en ukes rekonvalesens ble det anskaffet en første statisk FDG-PET av hvert opererte dyr uten stimulering (D1), og to dager senere (D2) ble en annen FDG-PET anskaffet mens dyr ble stimulert. For det ble elektrodene koblet til en isolert stimulator etter administrering av FDG til dyrene. Dermed ble dyrene stimulert i FDG-opptaksperioden (45 min), og registrerte de akutte effektene av DBS på hjernens metabolisme. Gitt den utforskende karakteren av denne studien, ble FDG-PET-bilder analysert ved en voxel-klok tilnærming basert på en parret T-test mellom D1- og D2-studier. Samlet sett gjør kombinasjonen av DBS og bildestudier det mulig å beskrive nevromoduleringskonsekvensene på nevrale nettverk, og til slutt bidra til å løse gåtene rundt DBS.

Dyrene ble ofret ved hjelp av CO2 på slutten av studien eller når dyrets velferd ble kompromittert. Et eksempel på en komplett PET/CT-studie fra et operert dyr er vist i figur 3. Dermed kan elektroden som settes inn i rottehjernen tydelig observeres i CT-bildet vist i figur 3A. Denne bildemodaliteten gir god anatomisk informasjon og letter registreringen av FDG-PET-bilder, gitt at funksjonelle modaliteter har en tendens til å være uskarpe enn str...

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 preklinisk eksperimentell metode for å evaluere metabolsk nevromodulering indusert av akutt dyp hjernestimulering med in vivo FDG-PET. Dette manuskriptet inkluderer alle eksperimentelle trinn, fra stereotaksisk kirurgi til anvendelse av stimuleringsbehandling og innsamling, behandling og analyse av PET-bilder.

In vivo Positronemisjonstomografi for å avsløre aktivitetsmønstre indusert av dyp 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 protokollen gjør det mulig å studere stimuleringskonsekvensene på nevrale nettverk som bidrar til å løse gåten rundt DBS. Og for å bestemme virkningen av en stimulering på hjernens dynamikk. Den største fordelen med å bruke FD-reparasjon under en stimulering er at vi kan visualisere in vivo-konsekvensene av den akutte stimuleringen på hjernedynamikk og deretter forfine stimuleringsprotokollene in vivo.Denne metoden er spesielt relevant innen nevrologi og psykiatri. Som det er i disse medisinske spesialitetene DBS har sin store innvirkning som en antroponotisk strategi. For å begynne, legg det bedøvede dyret på CT-sengen.For CT-avbildning, fest ansiktsmasken eller nesekjeglen til rotta. Finn hodet i midten av synsfeltet til CT-skanneren. Fortsett å hente CT-bildet ved hjelp av anskaffelsesparametere i henhold til skannerens spesifikasjoner.For MR Imaging, legg dyret liggende på MR-sengen. For å unngå bevegelser under MR-anskaffelse, fest hodet til en stereotaktisk ramme plassert på skannersengen. Fest også resten av rottekroppen med silketape.Når posisjonen er riktig, skaff deg MR-bildet. Bruk en bildebehandlingsprogramvare for å romlig normalisere CT og MR ved hjelp av en automatisk stiv registreringsalgoritme basert på gjensidig informasjon. Lokaliser bregma-linjen i det medregistrerte bildet.Og måle avstanden i AP-, ML- og DV-tilgangen fra bregma til medial prefrontal cortex i henhold til Paxinos og Watson Rat Brain Atlas. Barber området mellom ørene og øynene. Plasser dyret i utsatt stilling på stereotaktisk ramme.Sørg for immobilitet i hodet ved å bruke rotte ørestenger. Vær forsiktig så du ikke setter ørestengene for dypt, da dette kan skade trommehinnen. Bruk hodeholderadapteren for rotter for å holde dyret i riktig posisjon under operasjonen.Påfør Athymic smøregel til rotteøynene for å forhindre tørrhet under operasjonen og dekk dem med sterilt gasbind. Lag et langsgående snitt i huden som ligger over skallen mellom ørene. Strekker seg 1,5 til to centimeter fra lambda til bregma.Utsett skallen ved hjelp av to eller tre klemmer. Fjern periosteum med saks og rengjør blodet med saltoppløsning For å eksponere bregma og sagittal suturer. Fjern overflødig saltoppløsning med gasbind.Før du plasserer elektrodene, rett dem med plastpinsett for å sikre riktig plassering under operasjonen. Plasser en elektrode på holderen på høyre arm av den stereotaktiske rammen. Beveg høyre arm som holder elektroden gjennom den stereotaktiske rammen.Og plasser tuppen av elektroden nøyaktig over bregma. Prøv å bringe elektrodespissen så nært som mulig til skallen uten å berøre den For å unngå elektrodeformasjon. Legg merke til de resulterende koordinatene for bregma levert av den stereotaksiske rammen.Bruk en kirurgisk penn til å lage et merke på skallen som indikerer elektrodens startposisjon. Flytt holderen til AP- og ML-koordinatene som ble oppnådd tidligere. Og lag et merke på skallen med en kirurgisk penn som indikerer posisjonen til elektrodemålet.Fjern høyre arm av den stereotaktiske rammen som holder elektroden. Vær forsiktig så du ikke berører noe med elektroden. Bruk en liten elektrisk drill til å lage et hull gjennom skallen i målposisjonen til duraen er synlig.Bruk en bomullspinne for å stoppe blødningen. Bor fire hull langs skallen for å plassere fire skruer. For å øke dental sement overflatearealet og lokalisere bakken.Fest deretter skruene. Finn høyre arm på stereotaktisk ramme med riktig elektrode. Flytt armen til den beregnede posisjonen som skal falle sammen med hullet.Senk deretter elektroden til den berører dura mater. Denne posisjonen vil fungere som nullnivå i DV-retningen. Bruk DV-koordinatene som er oppnådd tidligere, sett inn spissen av elektroden i DV-retningen.Fest bakken til en av skruene nærmest elektroden og påfør dental sement rundt elektroden og skruene. Gjenta den samme elektrodeplasseringsprosedyren for den andre hjernehalvdelen. Påfør mer dental sement for å danne en hette uten å dekke elektroden og vent til den herdes.Bruk iodopovidonløsning for å desinfisere det kirurgiske området. Fjern rotta fra den stereotaktiske rammen og fortsett med CT-avbildning som vist tidligere for å evaluere riktig plassering av elektrodene. Rask rotta i åtte til 12 timer før hver PET-skanning.Fyll en sprøyte på 27 gauge med ca. 37 megabecquerel av FDG-oppløsningen i minst mulig volum målt i et aktivimeter. Plasser en varmepute under dyrets hale eller bruk infrarødt lys for å utvide haleårene. Injiser FDG-løsningen gjennom en av de laterale haleårene.Plasser dyret tilbake i buret og la 45 minutter for radiosporingsopptak før du starter bildeinnsamlingsøkten. For D2-studien leverte DBS i FDG-opptaksperioden. Forbered den isolerte stimulatoren og de nødvendige ledningene i et stort og stille rom med nok plass til dyreburene og minimal påvirkning av potensielt forstyrrende stimuli.Koble stimuleringstrådene til svivlene slik at dyrene kan bevege seg fritt i burene og til stimulatoren. Still inn stimuleringsparametrene som beskrevet i tekstmanuskriptet. Bruk et oscilloskop for å kontrollere gjeldende modus, frekvens og pulsbredde.Bekreft den bifasiske bølgeformen med en rektangulær pulsform. CT-bildet visualiserte tydelig elektroden som ble satt inn i rottehjernen. Bildemodaliteten som ble brukt i denne studien ga også god anatomisk informasjon og gjorde det lettere å registrere FDG-PET-bilder.Et smeltet PET-CT-bilde av det samme dyret romlig registrert på samme stereotaksiske rom. Hjernens metabolske forskjeller ble observert mellom PET-økter da T-kart overlappet på sekvensielle en millimeter hjerneskiver fra en MR registrert til referanse-CT-bildet. Disse forskjellene besto av økninger og reduksjoner i FDG-opptak vist som henholdsvis varme og kalde farger.En detaljert oppsummering av de statistiske resultatene oppnådd fra analysen indikerte den modulerte hjerneregionen og hjernehalvdelen der modulasjonen ble observert. T-statistikken, klyngestørrelsen, modulasjonsretningen og P-verdiene oppnådd ved topp- og klyngenivåer. Det er avgjørende å opprettholde et tilstrekkelig estetisk nivå og hodet under operasjonen.Videre er koordinatberegning og en retthet av elektrodene avgjørende. Nye operatører anbefales å være nøye og følge alle trinnene. Etter å ha fullført hele prosedyren kan dyr bli utsatt for atferdstest for å evaluere stimuleringspåvirkningen på forskjellige kognitive domener.I tillegg kan en rekke bildestudier utføres for å vurdere DBS-konsekvensene på mobilnivå.

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

Funksjonell Bildediagnostiske Bruke Ultrasonic blod-hjerne barrieren avbrudd og mangan forbedret MR

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

Dyp hjernestimulering med Simultaneous fMRI i Gnagere

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

Luktsystemet som en modell for å studere aksonal vekst mønstre 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 av genuttrykk Endringer i Rat Hippocampus Etter dyp hjernestimulering av fremre talamiske 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

Samtidig<em&gt; Ex vivo</em&gt; Funksjonell testing av to netthinne etter<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

Microelectrode Guidet Implantasjon av elektroder inn subthalamic Nucleus av Rats for Long-term dyp hjernestimulering

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

Utforsker rom - avdekke anatomi av Periventricular strukturer å avsløre sideventriklene av den menneskelige hjernen

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 akutt Cerebral Microhemorrhages av lipopolysakkarid injeksjon i rotter

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