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 tackar prof. Christine Winter, Julia Klein, Alexandra de Francisco och Yolanda Sierra för deras ovärderliga stöd i optimeringen av den metod som beskrivs här. MLS stöddes av Ministerio de Ciencia e Innovación, Instituto de Salud Carlos III (projektnummer PI17/01766 och bidragsnummer BA21/0030) som medfinansierades av Europeiska regionala utvecklingsfonden (ERUF), "Ett sätt att skapa Europa". CIBERSAM (projektnummer CB07/09/0031). Delegación del Gobierno para el Plan Nacional sobre Drogas (projektnummer 2017/085); Fundación Mapfre; och Fundación Alicia Koplowitz.  MCV stöddes av Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno som stipendiat för denna institution och EU: s gemensamma program - Neurodegenerativ sjukdomsforskning (JPND). DRM stöddes av Consejería de Educación e Investigación, Comunidad de Madrid, medfinansierat av Europeiska socialfonden "Investing in your future" (bidragsnummer PEJD-2018-PRE/BMD-7899). NLR stöddes av Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón, "Programa Intramural de Impulso a la I+D+I 2019". MD-arbetet stöddes av Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) och Instituto de Salud Carlos III (ISCIII) (PT20/00044). CNIC stöds av Instituto de Salud Carlos III (ISCIII), Ministerio de Ciencia e Innovación (MCIN) och Pro CNIC Foundation, och är ett Severo Ochoa Center of Excellence (SEV-2015-0505).

Försök på djur utfördes i enlighet med Europeiska gemenskapernas råds direktiv 2010/63/EU och godkändes av etikkommittén för djurförsök vid sjukhuset Gregorio Marañón. En grafisk sammanfattning av experimentprotokollet visas i figur 1A.
1. Lokalisering av hjärnmål genom in vivo neuroimaging
<ol><li>Förberedelse av djur OBS: Wistar-hanråttor på ~300 g användes.<ol><li>Placera djuret i en anestesiinduktionslåda och försegla ...

<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>

Med tanke på framstegen i förståelsen av hjärnans funktion och de neurala nätverk som är involverade i patofysiologin för neuropsykiatriska störningar, erkänner mer och mer forskning potentialen för DBS i ett brett spektrum av neurologiskt baserade patologier2. Verkningsmekanismen för denna terapi är emellertid fortfarande oklar. Flera teorier har försökt förklara effekterna som erhållits under specifika patologiska och stimuleringsförhållanden, men heterogeniteten i de föreslag...

Termen neurostimulering omfattar ett antal olika tekniker som syftar till att stimulera nervsystemet med ett terapeutiskt mål1. Bland dem framträder djup hjärnstimulering (DBS) som en av de mest utbredda neurostimuleringsstrategierna i klinisk praxis. DBS består av stimulering av djupa hjärnkärnor med elektriska pulser som levereras av en neurostimulator, implanterad direkt i patientens kropp, genom elektroder placerade i hjärnmålet som ska moduleras genom stereotaktisk kirurgi. Antalet artiklar som utvärderar genomförbarheten av DBS-ansökan vid olika neurologiska och psykiatriska störningar växer kontinuerligt2, även om endast några av dem har godkänts av Food and Drug Association (FDA) (dvs. essentiell tremor, Parkinsons sjukdom, dystoni, tvångssyndrom och medicinskt eldfast epilepsi)3 . Dessutom är ett stort antal hjärnmål och stimuleringsprotokoll under forskning för DBS-behandling av många fler patologier än officiellt godkända, men ingen av dem anses vara definitiva. Dessa inkonsekvenser i DBS-forskning och kliniska förfaranden kan delvis bero på brist på fullständig förståelse för dess verkningsmekanism4. Därför görs enorma ansträngningar för att dechiffrera in vivo-effekterna av DBS på hjärndynamiken, eftersom varje framsteg, hur litet det än är, kommer att hjälpa till att förfina DBS-protokoll för större terapeutisk framgång.
I detta sammanhang öppnar molekylära avbildningstekniker ett direkt fönster för att observera in vivo neuromodulerande effekter av DBS. Dessa tillvägagångssätt ger möjlighet att inte bara bestämma effekterna av DBS medan den tillämpas utan också att avslöja arten av dess konsekvenser, förhindra oönskade biverkningar och klinisk förbättring och till och med anpassa stimuleringsparametrar till patientens behov5. Bland dessa metoder är positronemissionstomografi (PET) med användning av 2-deoxi-2-[18F] fluor-D-glukos (FDG) av särskilt intresse eftersom det ger specifik information i realtid om aktiveringstillståndet för olika hjärnregioner6. Specifikt ger FDG-PET-avbildning en indirekt utvärdering av neural aktivering baserat på den fysiologiska principen om metabolisk koppling mellan neuroner och gliaceller6. I den meningen har flera kliniska studier rapporterat DBS-modulerade hjärnaktivitetsmönster med FDG-PET (se3 för granskning). Icke desto mindre medför kliniska studier lätt flera nackdelar när man fokuserar på patienter, såsom heterogenitet eller rekryteringssvårigheter, vilket starkt begränsar deras forskningspotential6. Detta sammanhang leder forskare att använda djurmodeller av mänskliga tillstånd för att utvärdera biomedicinska tillvägagångssätt före deras kliniska översättning eller, om de redan tillämpas i klinisk praxis, för att förklara det fysiologiska ursprunget till terapeutiska fördelar eller biverkningar. Således, trots de stora avstånden mellan mänsklig patologi och det modellerade tillståndet hos laboratoriedjur, är dessa prekliniska tillvägagångssätt väsentliga för en säker och effektiv övergång till klinisk praxis.
Detta manuskript beskriver ett experimentellt DBS-protokoll för murina modeller, kombinerat med en longitudinell FDG-PET-studie, för att bedöma de akuta konsekvenserna av DBS på hjärnans ämnesomsättning. De resultat som erhålls med detta protokoll kan hjälpa till att avslöja de invecklade modulerande mönster som induceras på hjärnaktivitet av DBS. Därför tillhandahålls en lämplig experimentell strategi för att undersöka in vivo konsekvenserna av stimulering, vilket gör det möjligt för kliniker att förutse terapeutiska effekter under specifika omständigheter och sedan anpassa stimuleringsparametrar till patientens behov.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>7-Tesla Biospec 70/20 scanner</td>
			<td>Bruker, Germany</td>
			<td>SN0021</td>
			<td>MRI scanner for small animal imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Betadine</td>
			<td>Meda Pharma S.L., Spain</td>
			<td>644625.6</td>
			<td>Iodine solution (iodopovidone)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beurer IL 11</td>
			<td>Beurer</td>
			<td>SN87318</td>
			<td>Infra-red light</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bipolar cable 50 cm w/50 cm mesh covering up to 100 cm</td>
			<td>Plastics One, USA</td>
			<td>305-305 (CM)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bipolar cable TT2&#160; 50 cm up to 100 cm</td>
			<td>Plastics One, USA</td>
			<td>305-340/2</td>
			<td>Bipolar cable TT2&#160; 50 cm up to 100 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprex</td>
			<td>Schering-Plough, S.A</td>
			<td>961425</td>
			<td>Buprenorphine (analgesic)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceftriaxona Reig Jofr&#233; 1g IM</td>
			<td>Laboratorio Reig Jofr&#233; S.A., Spain</td>
			<td>624239.1</td>
			<td>Ceftriaxone (antibiotic)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Commutator</td>
			<td>Plastics One, USA</td>
			<td>SL2+2C</td>
			<td>4 Channel Commutator for DBS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Concentric bipolar platinum-iridium electrodes</td>
			<td>Plastics One, USA</td>
			<td>MS303/8-AIU/Spc</td>
			<td>Electrodes for DBS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Driller</td>
			<td>Bosh</td>
			<td>T58704</td>
			<td>Driller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FDG</td>
			<td>Curium Pharma Spain S.A., Spain</td>
			<td>-----</td>
			<td>2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose (PET radiotracer)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating pad</td>
			<td>DAGA, Spain</td>
			<td>23115</td>
			<td>Heating pad</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketolar</td>
			<td>Pfizer S.L., Spain</td>
			<td>776211.9</td>
			<td>Ketamine (anesthetic drug)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lipolasic 2 mg/g</td>
			<td>Bausch &#38; Lomb S.A, Spain</td>
			<td>65277</td>
			<td>Ophthalmic lubricating gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MatLab R2021a</td>
			<td>The MathWorks, Inc</td>
			<td></td>
			<td>Support software for SPM12</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRIcro</td>
			<td>McCausland Center for Brain Imaging,&#160; University of South Carolina, USA</td>
			<td>v2.1.58-0</td>
			<td>Software for imaging preprocessing and analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimodality Workstation (MMWKS)</td>
			<td>BiiG, Spain</td>
			<td></td>
			<td>Software for imaging processing and analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Omicrom VISION VET</td>
			<td>RGB Medical Devices, Spain</td>
			<td>731100 ReV B</td>
			<td>Cardiorrespiratory monitor for small imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prevex Cotton buds</td>
			<td>Prevex, Finland</td>
			<td>-----</td>
			<td>Cotton buds</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sevorane</td>
			<td>AbbVie Spain, S.L.U, Spain</td>
			<td>673186.4</td>
			<td>Sevoflurane (inhalatory anesthesia)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small screws</td>
			<td>Max Witte GmbH</td>
			<td>1,2 x 2 DIN 84 A2</td>
			<td>Small screws</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard U-Frame Stereotaxic Instrument for Rat, 18&#176; Ear Bar</td>
			<td>Harvard Apparatus, USA</td>
			<td>75-1801</td>
			<td>Two-arms Stereotactic frame for rat</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Statistical Parametric Mapping (SPM12)</td>
			<td>The Wellcome Center for Human Neuroimaging, UCL Queen Square Institute of Neurology, UK</td>
			<td>SPM12</td>
			<td>Software for voxel-wise imaging analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>STG1004</td>
			<td>Multi Channel Systems GmbH, Germany</td>
			<td>STG1004</td>
			<td>Isolated stimulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SuperArgus PET/CT scanner</td>
			<td>Sedecal, Spain</td>
			<td>S0026403</td>
			<td>NanoPET/CT scanner for small animal imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suture thread with needle, 1/&#186;</td>
			<td>Lorca Mar&#237;n S.A., Spain</td>
			<td>55325</td>
			<td>Braided natural silk non-absorbable suture 1/0, with triangle needle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Technovit 4004 (powder and liquid)</td>
			<td>Kulzer Technique, Germany</td>
			<td>64708471; 64708474</td>
			<td>Acrylic dental cement for craniotomy tap</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wistar rats (Rattus norvergicus)</td>
			<td>Charles River, Spain</td>
			<td>animal facility</td>
			<td>Animal model used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylagesic</td>
			<td>Laboratorios Karizoo, A.A, Spain</td>
			<td>572599-4</td>
			<td>Xylazine (anesthetic drug)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Normon S.A., Spain</td>
			<td>602910</td>
			<td>Mepivacaine in gel for topical use</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vivo positron emission tomography to reveal activity patterns induced by deep brain stimulation in rats

Djup hjärnstimulering (DBS) är en invasiv neurokirurgisk teknik baserad på tillämpningen av elektriska pulser på hjärnstrukturer som är involverade i patientens patofysiologi. Trots DBS långa historia är dess verkningsmekanism och lämpliga protokoll fortfarande oklara, vilket belyser behovet av forskning som syftar till att lösa dessa gåtor. I den meningen representerar utvärdering av in vivo-effekterna av DBS med hjälp av funktionella bildtekniker en kraftfull strategi för att bestämma effekten av stimulering på hjärndynamiken. Här beskrivs ett experimentellt protokoll för prekliniska modeller (Wistar-råttor), kombinerat med en longitudinell studie [18F]-fluorodeoxyclucose positronemissionstomografi (FDG-PET), för att bedöma de akuta konsekvenserna av DBS på hjärnans ämnesomsättning. Först genomgick djur stereotaktisk kirurgi för bilateral implantation av elektroder i prefrontal cortex. En postkirurgisk datortomografi (CT) -skanning av varje djur förvärvades för att verifiera elektrodplacering. Efter en veckas återhämtning förvärvades en första statisk FDG-PET för varje opererat djur utan stimulering (D1), och två dagar senare (D2) förvärvades en andra FDG-PET medan djuren stimulerades. För det var elektroderna anslutna till en isolerad stimulator efter administrering av FDG till djuren. Således stimulerades djuren under FDG-upptagningsperioden (45 min) och registrerade de akuta effekterna av DBS på hjärnans ämnesomsättning. Med tanke på den utforskande karaktären hos denna studie analyserades FDG-PET-bilder med ett voxelmässigt tillvägagångssätt baserat på ett parat T-test mellan D1- och D2-studier. Sammantaget gör kombinationen av DBS- och bildstudier det möjligt att beskriva neuromodulationskonsekvenserna på neurala nätverk, vilket i slutändan hjälper till att avslöja gåtorna kring DBS.

Djuren offrades med hjälp av CO2 i slutet av studien eller när djurets välbefinnande äventyrades. Ett exempel på en fullständig PET/CT-studie från ett opererat djur visas i figur 3. Således kan elektroden som sätts in i råtthjärnan tydligt observeras i CT-bilden som visas i figur 3A. Denna bildmodalitet ger god anatomisk information och underlättar registreringen av FDG-PET-bilder, med tanke på att funktionella modaliteter tenderar att va...

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 experimentell metod för att utvärdera metabolisk neuromodulering inducerad av akut djup hjärnstimulering med in vivo FDG-PET. Detta manuskript innehåller alla experimentella steg, från stereotaxisk kirurgi till tillämpning av stimuleringsbehandlingen och förvärv, bearbetning och analys av PET-bilder.

In vivo Positronemissionstomografi för att avslöja aktivitetsmönster inducerade av djup hjärnstimulering hos råttor

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

Detta protokoll gör det möjligt att studera stimuleringskonsekvenserna på neurala nätverk som hjälper till att lösa gåtan kring DBS. Och för att bestämma effekten av en stimulering på hjärndynamiken. Den största fördelen med att använda FD-reparation under en stimulering är att vi kan visualisera in vivo-konsekvenserna av den akuta stimuleringen på hjärndynamiken och sedan förfina in vivo stimuleringsprotokollen.Denna metod är av särskild relevans inom neurologi och psykiatri. Som det är i dessa medicinska specialiteter där DBS har sin stora inverkan som en antroponotisk strategi. Börja med att lägga det bedövade djuret liggande på CT-sängen.För CT-avbildning, säkra ansiktsmasken eller näskonen till råttan. Leta reda på huvudet i mitten av CT-skannerns synfält. Fortsätt att hämta CT-bilden med hjälp av förvärvsparametrar enligt skannerns specifikationer.För MR Imaging, lägg djuret liggande på MR-sängen. För att undvika rörelser under MR-förvärv, säkra huvudet till en stereotaktisk ram placerad på skannerbädden. Säkra också resten av råttkroppen med silkeband.När positionen är korrekt, skaffa MR-bilden. Använd en bildbehandlingsprogramvara för att rumsligt normalisera CT och MR med hjälp av en automatisk styv registreringsalgoritm baserad på ömsesidig information. Lokalisera bregma-linjen i den samregistrerade avbildningen.Och mät avståndet i AP-, ML- och DV-åtkomsten från bregma till den mediala prefrontala cortexen enligt Paxinos och Watson Rat Brain Atlas. Raka området mellan öronen och ögonen. Placera djuret i benäget läge på den stereotaktiska ramen.Säkerställ huvudets oändlighet genom att använda råttöronstängerna. Var försiktig så att du inte sätter in öronstängerna för djupt eftersom det kan skada trumhinnan. Använd huvudhållaradaptern för råttor för att hålla djuret i rätt position under operationen.Applicera athymisk smörjgel på råtta ögon för att förhindra torrhet under operationen och täck dem med steril gasbindning. Gör ett längsgående snitt i huden som ligger över skallen mellan öronen. Sträcker sig 1,5 till två centimeter från lambda till bregma.Exponera skallen med hjälp av två eller tre klämmor. Ta bort periosteum med sax och rengör blodet med saltlösning För att exponera bregma och sagittala suturer. Ta bort överskottet av saltlösning med gasbindning.Innan du placerar elektroderna, räta ut dem med plastpincett för att säkerställa rätt placering under operationen. Placera en elektrod på hållaren på den stereotaktiska ramens högra arm. Flytta den högra armen som håller elektroden genom den stereotaktiska ramen.Och placera elektrodens spets exakt över bregma. Försök att föra elektrodspetsen så nära skallen som möjligt utan att röra vid den För att undvika elektroddeformation. Observera de resulterande koordinaterna för bregma som tillhandahålls av den stereotaxiska ramen.Använd en kirurgisk penna, gör ett märke på skallen som indikerar elektrodens ursprungliga position. Flytta hållaren till AP- och ML-koordinaterna som erhållits tidigare. Och gör ett märke på skallen med en kirurgisk penna som indikerar elektrodmålets position.Ta bort den stereotaktiska ramens högra arm som håller elektroden. Var försiktig så att du inte rör vid något med elektroden. Använd en liten elektrisk borr, gör ett hål genom skallen i målpositionen tills dura är synlig.Använd en bomullsknopp för att stoppa blödningen. Borra fyra hål längs skallen för att placera fyra skruvar. För att öka tandcementytan och lokalisera marken.Fäst sedan skruvarna. Leta reda på den stereotaktiska ramens högra arm med rätt elektrod. Flytta armen till det beräknade läget som ska sammanfalla med hålet.Sänk sedan elektroden tills den vidrör dura mater. Denna position kommer att fungera som nollnivå i DV-riktningen. Använd de tidigare erhållna DV-koordinaterna och sätt in elektrodens spets i DV-riktningen.Fäst marken på en av skruvarna närmast elektroden och applicera tandcement runt elektroden och skruvarna. Upprepa samma elektrodplaceringsprocedur för den andra halvklotet i hjärnan. Applicera mer tandcement för att bilda ett lock utan att täcka elektroden och vänta tills den härdar.Använd jodokovidlösning för att desinficera det kirurgiska området. Ta bort råttan från den stereotaktiska ramen och fortsätt med CT-avbildning som visats tidigare för att utvärdera korrekt placering av elektroderna. Snabba råttan i åtta till 12 timmar före varje PET-skanning.Fyll en 27-gaugespruta med cirka 37 megabecquerel av FDG-lösningen i minsta möjliga volym mätt i en aktivitetsmätare. Placera en värmepanna under djurets svans eller använd infrarött ljus för att utvidga svansvenerna. Injicera FDG-lösningen genom en av de laterala svansvenerna.Placera tillbaka djuret i buren och låt 45 minuter för radiospårupptag innan bildupptagningen påbörjas. För D2-studien, levererad DBS under FDG-upptagningsperioden. Förbered den isolerade stimulatorn och de nödvändiga ledningarna i ett stort och tyst rum med tillräckligt med utrymme för djurburarna och minimal påverkan av potentiellt störande stimuli.Anslut stimuleringstrådarna till svivlarna så att djuren fritt kan röra sig i burarna och till stimulatorn. Ställ in stimuleringsparametrarna enligt beskrivningen i textmanuskriptet. Använd ett oscilloskop för att kontrollera aktuellt läge, frekvens och pulsbredd.Bekräfta den bifasiska vågformen med en rektangulär pulsform. CT-bilden visualiserade tydligt elektroden som sattes in i råtthjärnan. Bildmodaliteten som användes i denna studie gav också god anatomisk information och underlättade registreringen av FDG-PET-bilder.En smält PET-CT-bild av samma djur rumsligt registrerat i samma stereotaxiska utrymme. Hjärnans metaboliska skillnader observerades mellan PET-sessioner när T-kartor överlagrades på sekventiella en millimeter hjärnskivor från en MR registrerad till referens-CT-bilden. Dessa skillnader bestod av ökningar och minskningar av FDG-upptag som visades som varma respektive kalla färger.En detaljerad sammanfattning av de statistiska resultaten som erhållits från analysen indikerade den modulerade hjärnregionen och hjärnhalvan där moduleringen observerades. T-statistiken, klusterstorleken, moduleringsriktningen och P-värden som erhållits på topp- och klusternivåer. Det är viktigt att upprätthålla en adekvat estetisk nivå och huvudet under operationen.Dessutom är koordinatberäkning och en rakhet hos elektroderna avgörande. Nya operatörer rekommenderas att vara noggranna och följa alla steg. Efter avslutad procedur kan djur utsättas för beteendetest för att utvärdera stimuleringseffekten på olika kognitiva domäner.Dessutom kan ett antal bildstudier utföras för att bedöma DBS-konsekvenserna på cellnivå.

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: Använda Theta-Burst protokollet Utforska Mechasnism av plasticitet hos personer med Fragile X-syndrom och 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

Transfektion av Mouse retinal ganglion celler genom att In vivo Elektroporation

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

Funktionell hjärnavbildning med ultraljud Blod-hjärnbarriären störningar och mangan-förstärkt MRT

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

Deep Brain Stimulation med samtidig fMRI i Gnagare

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 för att studera axonal tillväxt Mönster och 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

Analys av genuttryck Förändringar i Rat Hippocampus Efter Deep Brain Stimulation av Anterior Thalamic Nucleus

Deep brain stimulation (DBS) surgery, targeting various regions of the brain such as the basal ganglia, thalamus, and subthalamic regions, is an effective ...

Simultaneous ex vivo Functional Testing of Two Retinas by in vivo Electroretinogram System

Simultaneous ex vivo Functional Testing of Two Retinas by in vivo Electroretinogram System

Samtidig<em&gt; Ex vivo</em&gt; Funktionstest av två näthinnor efter<em&gt; In vivo</em&gt; Elektroretinogram System

An In vivo electroretinogram (ERG) signal is composed of several overlapping components originating from different retinal cell types, as well as noise ...

Microelectrode Guided Implantation of Electrodes into the Subthalamic Nucleus of Rats for Long-term Deep Brain Stimulation

Mikro Guidad Implantation av elektroder i nucleus subthalamicus av råttor för långsiktigt Deep Brain Stimulation

Deep brain stimulation (DBS) is a widely used and effective therapy for several neurologic disorders, such as idiopathic Parkinson&#8217;s disease, ...

Exploring Deep Space - Uncovering the Anatomy of Periventricular Structures to Reveal the Lateral Ventricles of the Human Brain

Utforska rymden - avtäckning anatomi periventrikulär strukturer att avslöja de laterala ventriklarna i den mänskliga hjärnan

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

Subakut Cerebral Microhemorrhages induceras av lipopolysackarid injektion hos råttor

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