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

Agradecemos a la Prof. Christine Winter, Julia Klein, Alexandra de Francisco y Yolanda Sierra por su inestimable apoyo en la optimización de la metodología aquí descrita. MLS contó con el apoyo del Ministerio de Ciencia e Innovación, Instituto de Salud Carlos III (número de proyecto PI17/01766 y número de subvención BA21/0030) cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), "A way to make Europe"; CIBERSAM (número de proyecto CB07/09/0031); Delegación del Gobierno para el Plan Nacional sobre Drogas (número de proyecto 2017/085); Fundación Mapfre; y Fundación Alicia Koplowitz.  MCV contó con el apoyo de la Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno como becaria de esta institución, y del Programa Conjunto de la UE - Investigación de Enfermedades Neurodegenerativas (JPND). DRM fue apoyado por la Consejería de Educación e Investigación, Comunidad de Madrid, cofinanciado por el Fondo Social Europeo "Invertir en tu futuro" (número de subvención PEJD-2018-PRE/BMD-7899). NLR contó con el apoyo del Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón, "Programa Intramural de Impulso a la I+D+I 2019". El trabajo de MD fue apoyado por el Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) y el Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) (PT20/00044). El CNIC cuenta con el apoyo del Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), el Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) y la Fundación Pro CNIC, y es un Centro de Excelencia Severo Ochoa (SEV-2015-0505).

Los procedimientos con animales de experimentación se realizaron de acuerdo con la Directiva 2010/63/UE del Consejo de Comunidades Europeas, y aprobados por el Comité de Ética para la Experimentación Animal del Hospital Gregorio Marañón. Un resumen gráfico del protocolo experimental se muestra en la Figura 1A.
1. Localización del objetivo cerebral mediante neuroimagen in vivo
<ol><li>Preparación animal NOTA: Se utilizaron ratas Wista...

<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>

Dados los avances en la comprensión de la función cerebral y las redes neuronales involucradas en la fisiopatología de los trastornos neuropsiquiátricos, cada vez más investigaciones reconocen el potencial de la ECP en una amplia gama de patologías de base neurológica2. Sin embargo, el mecanismo de acción de esta terapia sigue sin estar claro. Varias teorías han intentado explicar los efectos obtenidos en circunstancias patológicas y de estimulación específicas, pero la heterogeneidad ...

El término neuroestimulación engloba una serie de técnicas diferentes dirigidas a estimular el sistema nervioso con un objetivo terapéutico1. Entre ellas, la estimulación cerebral profunda (ECP) destaca como una de las estrategias de neuroestimulación más extendidas en la práctica clínica. La DBS consiste en la estimulación de núcleos cerebrales profundos con pulsos eléctricos entregados por un neuroestimulador, implantados directamente en el cuerpo del paciente, a través de electrodos colocados en el objetivo cerebral para ser modulados por cirugía estereotáctica. El número de artículos que evalúan la viabilidad de la aplicación de DBS en diferentes trastornos neurológicos y psiquiátricos está creciendo continuamente2, aunque solo algunos de ellos han sido aprobados por la Food and Drug Association (FDA) (es decir, temblor esencial, enfermedad de Parkinson, distonía, trastorno obsesivo-compulsivo y epilepsia médicamente refractaria)3 . Además, se están investigando un gran número de dianas cerebrales y protocolos de estimulación para el tratamiento de la ECP de muchas más patologías de las aprobadas oficialmente, pero ninguna de ellas se considera definitiva. Estas inconsistencias en la investigación de ECP y los procedimientos clínicos pueden deberse en parte a la falta de comprensión completa de su mecanismo de acción4. Por lo tanto, se están haciendo grandes esfuerzos para descifrar los efectos in vivo de DBS en la dinámica cerebral, ya que cada avance, por pequeño que sea, ayudará a refinar los protocolos de DBS para un mayor éxito terapéutico.
En este contexto, las técnicas de imagen molecular abren una ventana directa para observar los efectos neuromoduladores in vivo de la ECP. Estos enfoques brindan la oportunidad no solo de determinar el impacto de la ECP mientras se aplica, sino también de desentrañar la naturaleza de sus consecuencias, prevenir efectos secundarios no deseados y mejoría clínica, e incluso adaptar los parámetros de estimulación a las necesidades del paciente5. Entre estos métodos, la tomografía por emisión de positrones (PET) con 2-desoxi-2-[18F]fluoro-D-glucosa (FDG) es de particular interés porque proporciona información específica y en tiempo real sobre el estado de activación de diferentes regiones cerebrales6. Específicamente, la imagen FDG-PET proporciona una evaluación indirecta de la activación neuronal basada en el principio fisiológico del acoplamiento metabólico entre las neuronas y las células gliales6. En este sentido, varios estudios clínicos han reportado patrones de actividad cerebral modulados por DBS usando FDG-PET (ver3 para revisión). Sin embargo, los estudios clínicos incurren fácilmente en varios inconvenientes cuando se centran en los pacientes, como la heterogeneidad o las dificultades de reclutamiento, que limitan fuertemente su potencial de investigación6. Este contexto lleva a los investigadores a utilizar modelos animales de condiciones humanas para evaluar enfoques biomédicos antes de su traducción clínica o, si ya se aplican en la práctica clínica, para explicar el origen fisiológico de los beneficios terapéuticos o efectos secundarios. Por lo tanto, a pesar de las grandes distancias entre la patología humana y la condición modelada en animales de laboratorio, estos enfoques preclínicos son esenciales para una transición segura y efectiva a la práctica clínica.
Este manuscrito describe un protocolo experimental de DBS para modelos murinos, combinado con un estudio longitudinal de FDG-PET, con el fin de evaluar las consecuencias agudas de DBS en el metabolismo cerebral. Los resultados obtenidos con este protocolo pueden ayudar a desentrañar los intrincados patrones moduladores inducidos en la actividad cerebral por DBS. Por lo tanto, se proporciona una estrategia experimental adecuada para examinar in vivo las consecuencias de la estimulación, lo que permite a los médicos anticipar los efectos terapéuticos en circunstancias específicas y luego adaptar los parámetros de estimulación a las necesidades del paciente.

<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

La estimulación cerebral profunda (DBS) es una técnica neuroquirúrgica invasiva basada en la aplicación de pulsos eléctricos a las estructuras cerebrales implicadas en la fisiopatología del paciente. A pesar de la larga historia de DBS, su mecanismo de acción y protocolos apropiados siguen sin estar claros, destacando la necesidad de investigación con el objetivo de resolver estos enigmas. En este sentido, evaluar los efectos in vivo de la ECP utilizando técnicas de imagen funcional representa una estrategia poderosa para determinar el impacto de la estimulación en la dinámica cerebral. Aquí, se describe un protocolo experimental para modelos preclínicos (ratas Wistar), combinado con un estudio longitudinal [18F]-tomografía por emisión de positrones fluorodesoxiclucosa (FDG-PET), para evaluar las consecuencias agudas de DBS en el metabolismo cerebral. Primero, los animales se sometieron a cirugía estereotáctica para la implantación bilateral de electrodos en la corteza prefrontal. Se adquirió una tomografía computarizada (TC) postquirúrgica de cada animal para verificar la colocación del electrodo. Después de una semana de recuperación, se adquirió un primer FDG-PET estático de cada animal operado sin estimulación (D1), y dos días después (D2), se adquirió un segundo FDG-PET mientras se estimulaban los animales. Para eso, los electrodos se conectaron a un estimulador aislado después de administrar FDG a los animales. Por lo tanto, los animales fueron estimulados durante el período de captación de FDG (45 min), registrando los efectos agudos de DBS en el metabolismo cerebral. Dada la naturaleza exploratoria de este estudio, las imágenes FDG-PET se analizaron mediante un enfoque de vóxeles basado en una prueba T pareada entre los estudios D1 y D2. En general, la combinación de DBS y estudios de imagen permite describir las consecuencias de la neuromodulación en las redes neuronales, lo que en última instancia ayuda a desentrañar los enigmas que rodean a DBS.

Los animales fueron sacrificados usandoCO2 al final del estudio o cuando el bienestar del animal se vio comprometido. Un ejemplo de un estudio completo de PET/CT de un animal operado se muestra en la Figura 3. Por lo tanto, el electrodo insertado en el cerebro de la rata se puede observar claramente en la imagen de TC que se muestra en la Figura 3A. Esta modalidad de imagen proporciona una buena información anatómica y facilita el registro de imáge...

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

Describimos un método experimental preclínico para evaluar la neuromodulación metabólica inducida por la estimulación cerebral profunda aguda con FDG-PET in vivo . Este manuscrito incluye todos los pasos experimentales, desde la cirugía estereotáxica hasta la aplicación del tratamiento de estimulación y la adquisición, procesamiento y análisis de imágenes PET.

In vivo Tomografía por emisión de positrones para revelar patrones de actividad inducida por estimulación cerebral profunda en ratas

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

Este protocolo permite estudiar las consecuencias de la estimulación en las redes neuronales ayudando a desentrañar el enigma que rodea a la ECP. Y determinar el impacto de una estimulación en la dinámica cerebral. La principal ventaja de usar la reparación de FD durante una estimulación es que podemos visualizar las consecuencias in vivo de la estimulación aguda en la dinámica cerebral y luego refinar in vivo los protocolos de estimulación.Este método es de particular relevancia en los campos de la neurología y la psiquiatría. Como es en estas especialidades médicas en las que la ECP tiene su mayor impacto como estrategia antroponótica. Para comenzar, coloque el animal anestesiado en decúbito supino en la cama de la TC.Para la tomografía computarizada, asegure la máscara facial o el cono nasal a la rata. Localice la cabeza en el centro del campo de visión del tomógrafo. Proceda a adquirir la imagen de TC utilizando parámetros de adquisición de acuerdo con las especificaciones del escáner.Para MR Imaging, coloque al animal en decúbito supino en la cama de MRI. Para evitar movimientos durante la adquisición de la resonancia magnética, asegure la cabeza a un marco estereotáctico colocado en la cama del escáner. Además, asegure el resto del cuerpo de la rata con cinta adhesiva de seda.Una vez que la posición sea correcta, adquiera la imagen de resonancia magnética. Utilice un software de procesamiento de imágenes para normalizar espacialmente la TC y la RM utilizando un algoritmo de registro rígido automático basado en información mutua. Localice la línea bregma en la imagen co-registrada.Y medir la distancia en el acceso AP, ML y DV desde bregma a la corteza prefrontal medial de acuerdo con el Atlas Cerebral de Ratas Paxinos y Watson. Afeite el área entre las orejas y los ojos. Coloque al animal en posición prona en el marco estereotáctico.Asegure la inmovilidad de la cabeza mediante el uso de las barras de oreja de rata. Tenga cuidado de no insertar las barras del oído demasiado profundamente, ya que esto puede dañar el tímpano. Use el adaptador de sujeción de cabeza para ratas para mantener al animal en la posición correcta durante la cirugía.Aplique el gel lubricante Athymic en los ojos de rata para evitar la sequedad durante la cirugía y cúbralos con una gasa estéril. Haga una incisión longitudinal en la piel que recubre el cráneo entre las orejas. Extendiéndose de 1,5 a dos centímetros de lambda a bregma.Exponga el cráneo con la ayuda de dos o tres pinzas. Retire el periostio con tijeras y limpie la sangre con solución salina Para exponer el bregma y las suturas sagitales. Retire el exceso de solución salina con una gasa.Antes de colocar los electrodos, enderezarlos con pinzas de plástico para asegurar la colocación correcta durante la cirugía. Coloque un electrodo en el soporte del brazo derecho del marco estereotáctico. Mueva el brazo derecho sosteniendo el electrodo a través del marco estereotáctico.Y coloque la punta del electrodo exactamente sobre bregma. Trate de acercar la punta del electrodo lo más posible al cráneo sin tocarlo Para evitar la deformación del electrodo. Tenga en cuenta las coordenadas resultantes para bregma proporcionadas por el marco estereotáxico.Usando una pluma quirúrgica, haga una marca en el cráneo que indique la posición inicial del electrodo. Mueva el titular a las coordenadas AP y ML obtenidas anteriormente. Y haga una marca en el cráneo con un bolígrafo quirúrgico que indique la posición del objetivo del electrodo.Retire el brazo derecho del marco estereotáctico que sostiene el electrodo. Tenga cuidado de no tocar nada con el electrodo. Usando un pequeño taladro eléctrico, haga un agujero a través del cráneo en la posición objetivo hasta que la duramadre sea visible.Use un bastoncillo de algodón para detener el sangrado. Perfore cuatro agujeros a lo largo del cráneo para colocar cuatro tornillos. Para aumentar la superficie de cemento dental y localizar el suelo.Luego coloque los tornillos. Localice el brazo derecho del marco estereotáctico con el electrodo derecho. Mueva el brazo a la posición calculada que debe coincidir con el agujero.Luego baje el electrodo hasta que toque la duramadre. Esta posición servirá como nivel cero en la dirección DV. Usando las coordenadas DV obtenidas anteriormente, inserte la punta del electrodo en la dirección DV.Fije la tierra a uno de los tornillos más cercanos al electrodo y aplique cemento dental alrededor del electrodo y los tornillos. Repita el mismo procedimiento de colocación de electrodos para el otro hemisferio del cerebro. Aplique más cemento dental para formar una tapa sin cubrir el electrodo y espere hasta que se endurezca.Use la solución de yodopovidona para desinfectar el área quirúrgica. Retire la rata del marco estereotáctico y proceda con las imágenes de TC como se demostró anteriormente para evaluar la colocación correcta de los electrodos. Ayune la rata durante ocho a 12 horas antes de cada exploración PET.Llene una jeringa de calibre 27 con aproximadamente 37 megabecquerelios de la solución de FDG en el menor volumen posible medido en un activímetro. Coloque una almohadilla térmica debajo de la cola del animal o use luz infrarroja para dilatar las venas de la cola. Inyecte la solución de FDG a través de una de las venas laterales de la cola.Vuelva a colocar al animal en la jaula y espere 45 minutos para la absorción del radiotrazador antes de iniciar la sesión de adquisición de imágenes. Para el estudio D2, se administró DBS durante el período de captación de FDG. Prepare el estimulador aislado y los cables necesarios en una habitación amplia y silenciosa con suficiente espacio para las jaulas de los animales y una influencia mínima de estímulos potencialmente perturbadores.Conecte los cables de estimulación a los giros para permitir que los animales se muevan libremente dentro de las jaulas y al estimulador. Establezca los parámetros de estimulación como se describe en el texto manuscrito. Utilice un osciloscopio para comprobar el modo actual, la frecuencia y el ancho del pulso.Confirme la forma de onda bifásica con una forma de pulso rectangular. La imagen de TC visualizó claramente el electrodo insertado en el cerebro de la rata. La modalidad de imagen utilizada en este estudio también proporcionó buena información anatómica y facilitó el registro de imágenes FDG-PET.Una imagen PET-CT fusionada del mismo animal registrado espacialmente en el mismo espacio estereotáxico. Las diferencias metabólicas cerebrales se observaron entre las sesiones de PET a medida que los mapas T se superponían a cortes cerebrales secuenciales de un milímetro de una resonancia magnética registrada en la imagen de TC de referencia. Estas diferencias consistieron en aumentos y disminuciones en la absorción de FDG mostrados como colores cálidos y fríos, respectivamente.Un resumen detallado de los resultados estadísticos obtenidos del análisis indicó la región cerebral modulada y el hemisferio cerebral en el que se observó la modulación. El estadístico T, el tamaño del clúster, la dirección de modulación y los valores P obtenidos en los niveles pico y de grupo. Es crucial mantener un nivel estético y de cabeza adecuado durante la cirugía.Además, el cálculo de coordenadas y la rectitud de los electrodos son esenciales. Se aconseja a los nuevos operadores que sean meticulosos y sigan todos los pasos. Después de completar todo el procedimiento, los animales pueden someterse a una prueba de comportamiento para evaluar el impacto de la estimulación en diferentes dominios cognitivos.Además, se pueden realizar varios estudios de imagen para evaluar las consecuencias de la ECP a nivel celular.

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: Uso del protocolo Theta-Burst para explorar Mechasnism de plasticidad en los individuos con el síndrome de X frágil y el autismo

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 ...

Investigación

Neurociencias

Transfection of Mouse Retinal Ganglion Cells by in vivo Electroporation

Transfection of Mouse Retinal Ganglion Cells by in vivo Electroporation

La transfección de células de ratón del ganglio de la retina por In vivo La electroporación

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

Neuroimagen Funcional Utilizando ultrasonidos hematoencefálica perturbación de la barrera y la RM-manganeso mayor

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

La estimulación cerebral profunda con simultánea fMRI en roedores

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

El sistema olfativo como un modelo para estudiar los patrones de crecimiento axonal y Morfología<em&gt; En 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

Análisis de los cambios de expresión génica en la Rata Hippocampus Después de la estimulación cerebral profunda del tálamo anterior Núcleo

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

Simultáneo<em&gt; Ex vivo</em&gt; Pruebas funcionales de dos retinas por<em&gt; In vivo</em&gt; Sistema Electrorretinograma

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

Microelectrodos guiada implantación de electrodos en el Subtalámico Núcleo de ratas de largo plazo estimulación cerebral profunda

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

Explorar el espacio profundo - descubrimiento de la anatomía de las estructuras periventriculares para revelar los ventrículos laterales del cerebro humano

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

Microhemorragias cerebrales aguda inducida por la inyección de lipopolisacáridos en ratas

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