Automatic Translation

This translation into Dutch was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages

 JoVE Medicine

3D-Neuronavigatie

*1,2,3, *1, *3, 1, 1,3, 3, 1, 1, 1, 4, 5, 5, 5, 6, 3

1Headache & Orofacial Pain Effort (H.O.P.E.), Biological & Materials Sciences Department, University of Michigan School of Dentistry, 2Michigan Center for Oral Health Research (MCOHR), University of Michigan School of Dentistry, 3Translational Neuroimaging Laboratory, Molecular & Behavioral Neuroscience Institute, University of Michigan, 4PET Physics Section, Division of Nuclear Medicine, Radiology Department, University of Michigan, 53DLab, University of Michigan, 6Department of Obstetrics and Gynecology, University of Michigan

* These authors contributed equally

Article
    Downloads Comments Metrics Publish with JoVE
     

    Summary

    In deze studie, melden de auteurs voor het eerst een nieuwe 3D-Immersive & Interactive Neuronavigatie (3D-IIN) door de impact van een spontane migraine-aanval in de μ-opioïde systeem van de hersenen van een patiënt in vivo.

    Date Published: 6/02/2014, Issue 88; doi: 10.3791/50682

    Cite this Article

    DaSilva, A. F., Nascimento, T. D., Love, T., DosSantos, M. F., Martikainen, I. K., Cummiford, C. M., et al. 3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache. J. Vis. Exp. (88), e50682, doi:10.3791/50682 (2014).

    Abstract

    Een groeiende hoeveelheid onderzoek hoofdzakelijk gegenereerd uit MRI-gebaseerde studies blijkt dat migraine blijkt plaats te vinden, en eventueel verdragen, vanwege de verandering van specifieke neurale processen in het centrale zenuwstelsel. Echter, informatie ontbreekt over de moleculaire effecten van deze veranderingen, vooral op de endogene opioïde systeem tijdens migraine, en neuronavigatie door deze veranderingen is nooit gedaan. Deze studie doel te onderzoeken, met behulp van een nieuwe 3D meeslepende en interactieve neuronavigatie (3D-IIN) benadering, de endogene μ-opioid transmissie in de hersenen tijdens een migraine-aanval in vivo. Dit is misschien wel een van de meest centrale neuromechanisms geassocieerd met pijn regelgeving, die meerdere elementen van de pijnbeleving en analgesie. Een 36-jarige vrouw, die al lijden aan migraine voor 10 jaar, werd gescand in de typische hoofdpijn (ictal) en nonheadache (interictale) migraine fasen met behulp van Positron Emission Tomografie (PET) met de selectieve radiotracer [11 C] carfentanil, wat ons toeliet om μ-opioïde receptor beschikbaarheid te meten in de hersenen (niet-verplaatsbare bindende potentieel - μOR BP ND). De korte levensduur tracer is gemaakt met een cyclotron en chemische synthese apparatuur op campus gelegen in de nabijheid van de beeldvormende inrichting. Zowel PET-scans, interictale en ictale, waren gepland tijdens de diverse mid-late folliculaire fase van de menstruele cyclus van de patiënt. Tijdens de ICTAL PET sessie haar spontane hoofdpijn aanval bereikte ernstige intensiteit niveaus; vordert om misselijkheid en braken na afloop van de scan sessie. Er waren reducties in μOR BP ND in de pijn-modulerende gebieden van de endogene μ-opioïde systeem tijdens de ictale fase, met inbegrip van de cingulate cortex, nucleus accumbens (NASR), thalamus (Thal), en periaqueductal grijze stof (PAG); wat aangeeft dat μORs reeds door endogene opioïden vrijgegeven werden bezetin reactie op de voortdurende pijn. Voor zover ons bekend, is dit de eerste keer dat veranderingen in μOR BP ND tijdens een migraine-aanval zijn neuronavigated gebruik van een nieuwe 3D-benadering. Deze methode zorgt voor een interactief onderzoek en educatieve verkenning van een migraine-aanval in neuroimaging dataset een echte patiënt.

    Introduction

    Migraine is een chronische trigeminus pijn aandoening die bijna 16% van de vrouwen en 6% van de mannen in de Verenigde Staten en wereldwijd 1-3 beïnvloedt. Repetitive migraine-aanvallen hebben een impact op een groot deel van het bestaan ​​van de patiënt, schaden de kwaliteit van leven en de prestaties, kost miljarden dollars aan gemiste schooldagen / werkdagen en gezondheidszorg gebruik 4. Tijdens de slopende hoofdpijn aanvallen, zijn patiënten hebben een duidelijke verhoogde gevoeligheid voor schadelijke (hyperalgesie) en zelfs nonnoxious stimuli (allodynie) 5.

    De μ-opioid neurotransmitter is een van de belangrijkste endogene pijnmodulerende mechanismen in onze hersenen. Het is betrokken bij de regulatie van experimentele en klinische pijnperceptie en in de analgetische werking van opioïden 6-9 die zijn geassocieerd met het chronisch worden van migraineaanvallen 10. Recente ontwikkelingen in de Positron Emissie Tomografie (PET) moleculaire beeldvorming kunnen worden bestudeerd belangrijke moleculaire mechanismen in de hersenen van patiënten met chronische pijn in vivo 11. In deze studie, ondanks de uitdagende logistieke synchroniseren de aleatorische en slopende aard van de episodische aanvallen de complexiteit van PET / radiotracer sessie opstart, werd 3D neuronavigatie voor het eerst μOR beschikbaarheid onderzoeken belangrijke pijn matrix gebieden van een patiënt hersenen tijdens een spontane migraine.

    Case Presentatie

    Een 36-jarige Aziatische vrouw werd opgenomen in het onderzoek. Ze presenteerde met een 10 jarige geschiedenis van migraine met visuele aura. Right-zijdig migraine opgetreden een gemiddelde van 12 dagen per maand, met een matige tot ernstige pijn intensiteit die meestal zou duren voor 72 uur (indien onbehandeld of niet succesvol behandeld). Er was een verhoogde frequentie van hoofdpijn aanvallen rond haar menstruele cyclus, diehad een regelmatig patroon gedurende de studie. Geassocieerde symptomen omvatten: misselijkheid, braken, fotofobie en fonofobie. Tijdens de regelmatige hoofdpijn aanvallen ze niet presenteren elke autonome symptomen. Als behandeling werd ze beheren haar symptomen slechts farmacologische mislukte therapie, gebaseerd op niet-steroïdale anti-inflammatoire geneesmiddelen, en er waren geen aanwijzingen overmatig gebruik van medicatie of opioïde inname. Het klinisch onderzoek tijdens de screening bezoek was onopvallend en zonder afwijkingen, en een beoordeling van de systemen was binnen de normale grenzen. Ze was alleenstaand zonder kinderen, en werd contraceptieve medicijn niet gebruiken.

    Protocol

    Het onderzoek dient te worden goedgekeurd door de lokale Institutional Review Board, en door de radioactieve Drug Research Committee. De proefpersoon geeft schriftelijk toestemming voor deelname aan het onderzoek. Het protocol is verdeeld in drie chronologische stappen:

    1. MRI-sessie
    2. PET-sessie tijdens de ICTAL fase (hoofdpijn) van migraine
    3. PET-sessie tijdens de interictale fase (geen hoofdpijn) van migraine

    De patiënt is verantwoordelijk voor het invullen van een hoofdpijn dagboek en te bevestigen met de onderzoeksgroep het voorkomen van een migraine aanval op de dag van opnamesessie. Zowel interictale en ictale, moeten PET-scans tijdens de diverse mid-late folliculaire fase van de patiënt (5 tot 10 dagen na de eerste dag van de menstruele bloeden), die in dit geval werd gevolgd en berekend op voorhand door een gynaecoloog met ervaring worden gepland in het veld (jr).

    1. MRI Session

    1. Preparing voor de Experiment
      1. Alvorens met het onderwerp van de scan, is het noodzakelijk om goede veiligheidsinstructies door het magnetische veld van de MR-scanner. Alle studie personeel moet metaalvrije voordat de MR procedure kamer.
      2. Een kopie van het informed consent-formulier, bij de eerste screening eerder door het onderzoek vrijwilliger ondertekend, aan de MR technoloog.
    2. Voorbereiden van het onderwerp voor de Scan
      1. Op de dag van de MRI, vraag de proefpersoon aan het invullen van een MRI-veiligheid screening formulier. Dit formulier is vereist voor elke MRI genomen aan de Universiteit van Michigan - fMRI lab. De vragenlijst versterkt dat het onderwerp is ook metaal-vrij en hoeft niet een medische aandoening die een zorgvuldige en speciale aandacht (bijv. metallic buitenlandse fragmenten, geïmplanteerd mechanisch / elektrisch apparaat) vereist.
      2. Gerust te stellen dat de deelnemer begrijpt de MR procedure, risico's en voordelen.
      3. Deliver het ingevulde formulier screening naar de MR technoloog die zullen helpen bij de procedure.
    3. Schaf een T1-gewogen anatomische MRI-scan tijdens een interictale fase voor de patiënt op een 3 Tesla scanner.
      1. Gebruik de volgende reeks parameters voor de MRI verwerving:
        • A. Axial verwend-gradiënt teruggeroepen (SPGR) 3D-acquisitie
        • B. Bandbreedte = 15,63
        • C. Herhaling tijd [TR] = 9,2 msec
        • D. Echo tijd [TE] = 1,9 msec
        • E. Inversion herstel voorbereiding 500 msec
        • F. Flip hoek = 15 °
        • G. 25/26 FOV
        • H. Aantal excitaties [NEX] = 1
        • I. 144 aaneengesloten plakjes
        • J. 1.0 mm plakdikte
        • K. 256 x 256 matrix

    2. Ictale PET Session

    1. Voorbereiding op de Experiment
      1. Voorafgaand aan de bevestiging van de scan in het Academisch Ziekenhuis, contact opnemen met het onderwerp om te gaan in welke phase van de menstruele cyclus zal ze op de dag van de scan. Het wordt aanbevolen om het uitvoeren van een PET-scan tijdens de mid-late folliculaire fase (5 tot 10 dagen na de menstruatie bloeden onset).
      2. Een verzoek aan het ziekenhuis [11 C] carfentanil, een kortlevende radioactieve tracer met een selectieve affiniteit voor μ-opioïde receptoren produceren met een cyclotron in de nabijheid van de scan. De tracer optreden 2 uur voor de scan.
      3. Op de dag van de potentiële ictale PET-scan, contact opnemen met het onderwerp 2 uur voor de afspraak om de aanwezigheid van een spontane migraine-aanval te bevestigen. Als een migraineaanval aanwezig is, bevestig de migraine diagnose na de internationale classificatie van hoofdpijn aandoeningen. Na de diagnose, verzekeren dat de deelnemer in staat is om veilig naar het ziekenhuis om de scan te ondergaan. Voorzien in het transport als het onderwerp zich niet comfortabel rijden of als er geen aangewezen stuurprogramma beschikbaar is.
    2. Voorbereiden van de Subject voor de Scan
      1. Wanneer de deelnemer arriveert in het ziekenhuis, begeleiden haar naar de PET-suite voor de verlenging van de diagnose op basis van de International Classification of Headache Disorders. Voorafgaand aan de scan, het uitvoeren van een urine drug test om te bevestigen dat het onderwerp niet inname een stof die kan interageren met de tracer [11 C] carfentanil, gevolgd door een urine zwangerschapstest.
      2. Bevestigen dat de deelnemer begrijpt de PET-procedure, risico's en voordelen.
      3. Lever een kopie van het informed consent-formulier, tijdens de eerste screening eerder door het onderzoek vrijwilliger ondertekend, om de nucleaire geneeskunde technoloog.
      4. Naar aanleiding van de leiding van de nucleaire geneeskunde technoloog, helpen het onderwerp te vestigen in de scanner.
      5. Zijn het onderwerp ondergaan 1 90 min PET-scan met behulp van een Siemens HR + scanner in 3D-modus (gereconstrueerde beelden hebben een volledige breedte op halve hoogte (FWHM) resolutie van ~ 5,5 mm-in-plane en 5.0 mm axiaal).
      6. <li> Voor elke [11 C] carfentanil dosis (555 MBq ≤ 0,03 mg / kg), toedienen vijftig procent als een bolus met de rest continu toegediend in de loop van de scan om steady-state tracer niveaus bereiken ongeveer 35 minuten na toediening tracer .
      7. Interictale PET sessie.
      8. Herhaal de stappen 2,2-2,6 tijdens niet-hoofdpijn fase.

    3. PET gegevens Wederopbouw

    1. Reconstrueren PET beelden met behulp van interactieve algoritmen in een 128 x 128 pixel matrix in een 28,8 cm diameter veld (FOV).
    2. Acquire 21 afbeelding frames en co-register aan elkaar te corrigeren voor beweging tijdens de scan.
    3. Aanschaffen 6 min overbrenging (68Ge bron) scan voordat de PET-scan behoeve van attenuatiecorrectie.
    4. Converteer de dynamische beeldgegevens voor elke scan op een voxel-by-voxel basis in twee sets van parametrische beelden (10-40 min):
      1. Gebruik een tracer vervoer maatregel (K1 ratio) voor coregistration en normalisatie procedures; en
      2. Gebruik een-receptor gerelateerde maatregel, BP ND, evenredig aan Bmax (receptor concentratie) te delen door Kd (receptor affiniteit).
    5. Schatten deze maatregelen door het referentiegebied-gebaseerde Logan grafische analyse met de occipitale cortex als referentie regio 12.

    4. PET Data Analysis

    OPMERKING: Anatomisch beelden standaardiseren naar het sjabloon ruimte met behulp van statistische Parametric Mapping (SPM8) software volgens de onderstaande volgorde.

    1. Co-registratie van de MR-scan en K1 scans.
    2. Normaliseren van de MR-scan om het Montreal Neurologisch Instituut (MNI) template hersenen met behulp van Dartel.
    3. Breng de resulterende vervorming matrix om de PET-beelden.
    4. Controleer co-registratie en nauwkeurigheid normalisatie door de getransformeerde MR-en PET-beelden te vergelijken met de MNI atlas sjabloon.
    5. Region of Interest (ROI) analyse.

      Onderzoek de activiteit van verscheidene bilaterale gebieden die betrokken zijn bij de verwerking van pijn, inclusief:

      • A. Anterior / mediale / posterior cingulate
      • B. Insula
      • C. Hippocampus
      • D. Amygdala
      • E. staart hoofd / lichaam
      • F. Nucleus accumbens
      • G. putamen
      • H. laterale / mediale globus pallidus
      • I. Thalamus kernen (ventrale voorste, ventrale posterieure laterale / mediale, laterale achterste, middellijn, laterale / mediale dorsale)
      • J. periaqueductal grijze stof (PAG)
      1. Definieer Marsbar (in gestandaardiseerde ruimte voor elk van deze gebieden, met uitzondering van het PAG Genereer de PAG ROI door een 3 mm bol op coördinaten: rechts: 4, -28, -6, en gaven:. -2, -28 , -6. Deze PAG locatie is eerder aangetoond dat diffusie en connectiviteit veranderingen hebben migraine patiënten vergeleken met gezonde controles 13,14.
        OPMERKING: Test-hertest studies met [11 C] Carfentanil reproduceerbaarheid van BP ND maatregelen en minder dan 10% vertonen, de meeste corticale gebieden zijn 3 - 5% 15. De grootste variatiecoëfficiënten (CoV = Std.Dev. / Mean) worden meestal waargenomen in de regio's met de laagste binding, echter, zelfs in de corticale gebieden met de laagste binding BP ND CoV waren ~ 0.5. Vandaar dat procentuele veranderingen in ROI μOR BP ND tussen scans slechts als significant wanneer meer dan 10%.

      5. 3D-Neuronavigatie

      1. Voorbereiding op een 3D-IIN Experience
        1. Organiseren de in nifti volumetrische data formaat als een stapel beelden met dichtheid en activering niveaus gedefinieerd als 16 bit data.
        2. Draag actieve LCD-shutter bril om de tijd staat sequentiële stereoscopische 3D-effect. De shutter brillen werken via het blokkeren van een oog terwijl het beeld voor het andere oog wordt getoond op het scherm. Het proces herhaalt dan voor het andere oog. Dit shuttering effect na 110 Hz.
        3. Gebruik een joystick voor interacties met de simulatie na te zijn geïnstrueerd over het gebruik ervan.
        4. Outfit de shutter-bril en joystick met reflecterende markeringen om precieze 6DOF volgen van de objecten in de ruimte mogelijk te maken via een Vicon motion capture systeem.
      2. Tonen Aubject Activeringsgegevens
        1. Gebruik XML-configuratiebestanden naar kleur mappings van dichtheid en activering niveaus, die worden geladen wanneer de applicatie begint en gedeeld met elke computer in de cluster te definiëren.
        2. Acquire 3-dimensionale volumetrische cellen van de verstrekte NIfTIdata door middel van interne laadfuncties Jugular's en de "Niftilib" open source software bibliotheek ingesteld.
        3. Deel resulterende volumetrische cellen met elke computer in het cluster snelheid.
        4. Interpreteren Volumetrische cellen door een OpenGL shader (GLSL) die straal marcheren en het tonen van voxels met verschillende kleuren en transparanten gedefinieerd door geleidtdeelde eerder kleur mapping XML-configuratiebestanden.
      3. Het verkrijgen van de locatie via het Vicon-systeem en dit gebruiken om getekende perspectieven van de volumetrische gegevens op elk scherm te updaten.
      4. Interacties registreren en ze gebruiken om dynamisch aan te passen en snijd vlakken door de gegevens om te kunnen navigeren in de virtuele ruimte.

      6. 3D-Immersive & Interactive Neuronavigatie (3D-IIN)

      1. Store zijn activering gegevens in de nifti dataformaat, een volumetrische soort die worden geïnterpreteerd met behulp van de Niftilib bibliotheek.
      2. Verkrijgen interacties en de locatie via een Vicon tracking systeem, een joystick, en gebaren ingang. Gebruik deze informatie om ervoor te zorgen het weergegeven beeld vertegenwoordigt de juiste invalshoek, waardoor real-time exploratie van de dataset, en in staat dynamische controle voor maximaal 3 willekeurige snijvlakken met behulp van vertrouwde bewegingen en controle schema (figuur 1).

    Representative Results

    De patiënt gepresenteerd aan het ziekenhuis met een rechter temporale en occipitale pulserende hoofdpijn, met een intensiteit van 6 op een 0-10 pijnschaal. Ze had haar typische migraine, echter zonder aura. Het had geopend naar aanleiding van het ontwaken 5 uur voor de (ICTAL) PET-sessie, en ze erin geslaagd om het tolereren zonder mislukte farmacotherapie. Haar kennis, was de hoofdpijn niet opgeroepen door een uitlokkende factor (bijvoorbeeld alcohol, slaaptekort). Geen autonome symptomen werden gemeld, maar fotofobie en phonophobia aanwezig waren. Na de start van de ICTAL PET sessie de hoofdpijn intensiteit escaleerde, het bereiken van ernstige niveaus (9 op een 0-10 pijnschaal) 60 min in de studie; vordert om misselijkheid en braken na afloop van de scan sessie. Afname μOR ND BP werd opgemerkt in de hersenen van de patiënt tijdens de spontane migraine (ictale fase), vergeleken met de basislijn (interictale fase) (Figuur 2). Daar hebben were verlaging octrooi μOR BP ND in de hoofd-pijn matrix gebieden van de endogene μ-opioid systeem, waaronder de volgende thalamus kernen: rechter laterale dorsale (11, -19, -16: 10.2%), rechter dorsale mediale (6, -17, -8: 11.1%), rechts middellijn (8, -19, -16: 27%), en ventrale voorste (9, -9, -12: 12,0%). Bovendien werden veranderingen in de rechter anterior (8, 35, 14: 13.7%) en linker posterior cingulate cortex (-5, -44, 23: 11.8%), linker caudatus lichaam (-11, 6, 15: 12,0 %), mediale globus pallidus (rechts: 16, -4, -3: 16,2%; links: -14, -4, -3: 22,6%), links nucleus accumbens (-9, -11, -7: 10.5% ), en de hippocampus (rechts: 30, -22, -14: 12,6%; links: -30, -22, -14: 11.5%). Er was een toename μOR ND BP alleen in de linker amygdala (-23, -4, -19: 11.7%). In de hersenstam, de aanzienlijke ICTAL vermindering μOR BP ND verlengd van de rostrale naar periaqueductal grijze stof (PAG) (rechts caudaal: 4, -28, -6: 15,1%; links: -2, -28, -6: 14.6 %) (Fig.Ure 3). Echter, de wereldwijde hemisferische procentuele veranderingen in de μOR BP ND tijdens de migraine-aanval waren bescheiden (rechts: 8,5%, links: 8,29%), wat aangeeft dat de dalingen in de μOR BP ND waren specifiek voor de pijn-matrix structuren in de hersenen .

    Figuur 1
    Figuur 1. Volledige Virtual Reality 3D Gegevens Navigatie van een migraine Brain. Voor het eerst feitelijke migraine neuroimaging gegevens werd onderzocht in een volledig meeslepende 3D ​​virtual reality, die onbeperkt navigatie door de gegevens (studenten, artsen en onderzoekers) omvat over de beschikbaarheid van μ-opioïde receptoren (μOR BP ND) in de hersenen tijdens de migraine-aanval in vivo.

    Figuur 2 .. Figuur 2 μ-opioïde Brain Profiel van een migraine-aanval in vivo De ictal fase (onderste rij) - hoofdpijn fase - toont een daling van μ-opioïde beschikbaarheid receptor (μOR BP ND) in de pijn-matrix regio (Threshold waarde, DV = 4.50). Dit resultaat mogelijk is een toename in endogene μ-opioïde afgifte tijdens de migraine-aanval, als regelgevend reactie op de aanhoudende ernstige hoofdpijn. Steekwoorden: thalamus (Thal), nucleus accumbens (Nac), en de voorste cingular cortex (ACC).

    Figuur 3
    Figuur 3. Middenhersenen / Pons / Medulla μ-opioid receptor Beschikbaarheid Tijdens een migraine-aanval in vivo. De ictal fase (rechtskolom) - hoofdpijnfase - toont een daling van μ-opioïde receptor beschikbaarheid langs de periaqueductale grijze stof (PAG) (Drempelwaarde, DV = 4.50) in vergelijking met de interictale fase (linker kolom) - niet-hoofdpijnfase. Steekwoorden: PAG: r - rostral; m - mediale; c - staart.

    Discussion

    In dit geval verslag werd werkelijke migraine neuroimaging gegevens onderzocht voor het eerst in een volledig immersieve virtual reality 3D, een vermindering van de μ-opioïde receptor beschikbaarheid (μOR BP ND) aangetoond. Verlagingen μOR BP ND betekent dat er een hogere bezettingsgraad en / of verlies van μ-opioïde receptoren in het centrale zenuwstelsel. Acute verlaging van de μOR BP ND pijn-matrix regio's tijdens de ICTAL scan in vergelijking met de interictale scan, naar verwachting zullen plaatsvinden als gevolg van het vrijkomen van endogene opioïden interactie met μORs als regelgevend reactie op de aanhoudende pijn, waardoor minder μORs toegankelijk voor de radiotracer.

    De nieuwigheid van onze ictal migraine neuroimaging studie ligt in de nieuwe 3D neuronavigatie benadering van actuele gegevens van een patiënt de hersenen in virtuele realiteit te onderzoeken. PET radiotraceronderzoek technologie werd gebruikt om wijzigingen in μORs metenBeschikbaarheid van [11 C] carfentanil. Wanneer onderzocht tijdens de hoofdpijn evenement, worden de hersenen van migrainepatiënten meestal gescand na een aanval trekker (bijv.., Nitroglycerine, fotostimulatie) 16,17, of onder de technische vraag van een specifiek opgeroepen stimulus (bijvoorbeeld., Pijn, borstel, licht en geur) 18-20. Al deze studies bevestigen de kennis die de aandoening is geassocieerd met corticale en subcorticale hyperexcitability tijdens de hoofdpijnfase. Een dergelijke overvloed van stimuli in de neuroimaging protocollen introduceert factoren die ons begrip van enige effect van een acute migraine aanval op het centrale zenuwstelsel wolk. Van de weinige vorige functionele studies zonder de aanwezigheid van exogene stimulatie, is er indicatie van meer regionale cerebrale stroming in gebieden zoals de cingulate cortex, de hypothalamus en hersenstam 21, die kan blijven bestaan ​​zelfs na acute therapie 22. Tot nu toeDe neuroimaging technieken toegepast niet toegestaan ​​de moleculaire karakterisatie van neurotransmitter / receptor processen tijdens de migraineaanval, zoals endogene μ-opioid mechanisme, een van de belangrijkste analgetische middelen in de hersenen. Bovendien onze werkwijze mag deze processen worden onderzocht met behulp van 3D neuronavigatie in een virtuele omgeving.

    De dalend pijnmodulerende is een complex netwerk dat pijnsignalen regelt grotendeels via μ-opioid receptoren door de hersenen, inclusief ruggenmerg naar supra-spinale gebieden. Deze gebieden zijn bekend betrokken te zijn bij endogene anti-nociceptie, stress geïnduceerde analgesie, en de werking van opioïden gebruikt voor chronische pijn en migraine behandeling. In feite kan de durale neurogene vaatverwijding geassocieerd met migraine worden geremd door morfine en vervolgens omgekeerd door de opioïde antagonist naloxon, wat aangeeft dat de effecten van morfine op neurogeneontsteking zijn specifiek via activatie van μ-opioïde receptoren 23 gemedieerd. Interessant is de grootte van endogene opioïde / μORs regionale activaties bij de mens te vermogen van het individu om zintuiglijke en affectieve elementen van de pijnervaring 24 onderdrukken.

    In onze studie, de hersengebieden die vermindering μ-opioid receptor beschikbaarheid tijdens het ICTAL fase bleek verantwoordelijk voor de beide elementen van de migraine hoofdpijn ervaring en modulatie. Zij zijn de ACC, thalamus, basale ganglia (bv., NACC), hippocampus, en de PAG. Naast sensibilisatie als gevolg van abnormale trigeminus afferente verkeer, een solide hypothese voor migraine pathofysiologie is de disfunctie van de modulerende systeem. In dit geval projecties van / naar hersenstam structuren, zoals de PAG, waar een hoge expressie van opioïde receptoren, zou inefficiënt produceren hun anti-nociceptieve effect op ascending sensorische neuronen. Ook andere hogere corticale structuren aan dit defecte pijn-modulerende mechanisme van migraine. Een recente interictale rusttoestand studie gerapporteerd veranderingen in de connectiviteit van migrainepatiënten versus gezonde controles in de ventrolaterale PAG en het merendeel van de (sub) corticale structuren in de modulerende pijnsysteem en correleerden deze met de frequentie van de aanvallen hoofdpijn 13. De regio's met connectiviteitsveranderingen in deze studie zijn dezelfde als die veranderingen in μOR ND BP in onze studie. Hetzelfde PAG locatie was oorspronkelijk gemeld dat zij slaat de microstructuur neuroplasticiteit bij migrainepatiënten 14, en hier had een aanzienlijke daling in μOR BP ND tijdens de aanval.

    Verdere studies met grotere cohorten zijn nodig om te bevestigen en uit te breiden de bevindingen gepresenteerd in dit geval verslag. Zo is het momenteel niet bekend waarom het systeem niet goed reagerenhet gebruik van exogene opioïden vaak voorgeschreven bij migraine klinieken lange termijn. Niettemin, onze studie levert belangrijke mechanistische informatie over het effect van een migraine-aanval in de μ-opioïde systeem, en maakt gebruik van een nieuwe 3D meeslepende en interactieve neuronavigatie (3D-IIN) aanpak voor de eerste keer. In de toekomst zou deze verkennende 3D methode een veel meer meeslepende en interactieve perspectief te bieden voor de behandeling van de hersenen van patiënten in het onderzoek en de kliniek.

    Disclosures

    De auteurs hebben niets te onthullen.

    Acknowledgements

    Dit werk werd ondersteund door de volgende subsidies (DaSilva AF): National Institute of Health - Nationaal Instituut voor Neurologische Aandoeningen en Stroke - K23 NS062946, Dana Stichting Brein en Immuno-Imaging Award, en de Migraine Research Foundation Research Grant Award. De auteurs erkennen de PET Centrum Nucleaire Geneeskunde Technologen (Jill M. Rothley, Edward J. McKenna, Andrew R. Weeden, Paul Kison, en Caitlin Hendricks) en het personeel van Functionele MRI Laboratory (Scott Peltier en Keith Newnham). Dr Alexandre DaSilva, de hoofdonderzoeker, had volledige toegang tot alle gegevens in de studie, en neemt de verantwoordelijkheid voor de integriteit van de gegevens en de nauwkeurigheid van de data-analyse. De auteurs verklaren geen belangenconflicten met betrekking tot dit onderzoek.

    References

    1. Stewart, W. F., Shechter, A., Rasmussen, B. K. Migraine prevalence. A review of population-based studies. Neurology. 44, (1994).
    2. Lipton, R. B., Silberstein, S. D., Stewart, W. F. An update on the epidemiology of migraine. Headache. 34, 319-328 (1994).
    3. Lipton, R. B., Bigal, M. E. Migraine: epidemiology, impact, and risk factors for progression. Headache. (2005).
    4. Hu, X. H., Markson, L. E., Lipton, R. B., Stewart, W. F., Berger, M. L. Burden of migraine in the United States: disability and economic costs. Arch Intern Med. Arch Intern Med. 159, 813-818 (1999).
    5. Lipton, R. B. Cutaneous allodynia in the migraine population. Ann Neurol. 63, 148-158 (2008).
    6. Fields, H. L. Understanding how opioids contribute to reward and analgesia. Reg Anesth Pain Med. 32, 242-246 (2007).
    7. Opioid Therapy for Migraine. Headache: The Journal of Head and Face Pain. 47, 1371-1372 (2007).
    8. Menon, S., et al. The human mu-opioid receptor gene polymorphism (A118G) is associated with head pain severity in a clinical cohort of female migraine with aura patients. The journal of headache and pain. 13, 513-519 (2012).
    9. Drinovac, V., Bach-Rojecky, L., Matak, I., Lackovic, Z. Involvement of mu-opioid receptors in antinociceptive action of botulinum toxin type A. Neuropharmacology. 70, 331-337 (2013).
    10. Lipton, R. B., Bigal, M. E. Opioid therapy and headache: a cause and a cure. Neurology. 62, 1662-1663 (2004).
    11. Harris, R. E., et al. Decreased central mu-opioid receptor availability in fibromyalgia. J Neurosci. 27, 10000-10006 (2007).
    12. Logan, J., et al. Distribution volume ratios without blood sampling from graphical analysis of PET data. J Cereb Blood Flow Metab. 16, 834-840 (1996).
    13. Mainero, C., Boshyan, J., Hadjikhani, N. Altered functional magnetic resonance imaging resting-state connectivity in periaqueductal gray networks in migraine. Ann Neurol. 70, 838-845 (2011).
    14. DaSilva, A. F., et al. Interictal alterations of the trigeminal somatosensory pathway and periaqueductal gray matter in migraine. Neuroreport. 18, 301-305 (2007).
    15. Hirvonen, J., et al. Measurement of central mu-opioid receptor binding in vivo with PET and [11C]carfentanil: a test-retest study in healthy subjects. European journal of nuclear medicine and molecular imaging. 36, 275-286 (2009).
    16. Cao, Y., Aurora, S. K., Nagesh, V., Patel, S. C., Welch, K. M. Functional MRI-BOLD of brainstem structures during visually triggered migraine. Neurology. 59, 72-78 (2002).
    17. Afridi, S. K., et al. A PET study exploring the laterality of brainstem activation in migraine using glyceryl trinitrate. Brain. 128, 932-939 (2005).
    18. Moulton, E. A., et al. Painful heat reveals hyperexcitability of the temporal pole in interictal and ictal migraine States. Cereb Cortex. 21, 435-448 (2011).
    19. Burstein, R., et al. Thalamic sensitization transforms localized pain into widespread allodynia. Ann Neurol. 68, 81-91 (2010).
    20. Denuelle, M., et al. A PET study of photophobia during spontaneous migraine attacks. Neurology. 76, 213-218 (2011).
    21. Denuelle, M., Fabre, N., Payoux, P., Chollet, F., Geraud, G. Hypothalamic activation in spontaneous migraine attacks. Headache. 47, 1418-1426 (2007).
    22. Weiller, C., et al. Brain stem activation in spontaneous human migraine attacks. Nat Med. 1, 658-660 (1995).
    23. Williamson, D. J., et al. Role of opioid receptors in neurogenic dural vasodilation and sensitization of trigeminal neurones in anaesthetized rats. Br J Pharmacol. 133, 807-814 (2001).
    24. Zubieta, J. K., et al. Regional mu opioid receptor regulation of sensory and affective dimensions of pain. Science. 293, 311-315 (2001).

    Comments

    0 Comments

    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Metrics

    Waiting
    simple hit counter