A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

Factores asociados al dolor crónico posoperatorio en pacientes llevados a herniorrafia inguinal

Introducción: La herniorrafia inguinal se asocia hasta en un 50% de los casos con dolor crónico posoperatorio (DCP), y en algunos puede ser incapacitante. En este estudio se evaluaron los factores asociados al DCP en pacientes llevados a herniorrafia inguinal. Métodología: Se realizó un estudio de cohorte multicéntrico. Se obtuvo información sociodemográfica y de antecedentes personales. Se determinó la presencia e intensidad de dolor agudo posoperatorio (DAP) y se evaluaron los factores asociados al DCP con seguimiento a los dos meses del posoperatorio. Se establecieron asociaciones con la prueba chi cuadrado. Mediante una regresión lineal se evaluó el papel de los factores de confusión. Resultados: Se analizaron 108 pacientes. 54.7% presentaron DCP. La edad menor de 40 años, el DAP no controlado, el DAP severo, y el dolor no controlado entre la primera y tercera semanas del POP se relacionaron con mayor riesgo de DCP. La edad mayor a 65, el uso de opioides intratecales, la visualización y preservación de los nervios durante la cirugía, y el uso de tres o más analgésicos intravenosos con bloqueo ilioinguinal/iliohipogástrico fueron factores protectores. Discusión: El DCP es frecuente en nuestro medio. La prevención y manejo eficientes del DAP utilizando analgesia multimodal, el uso de opioide intratecal, y la identificación y preservación de los nervios en el área quirúrgica ayudan a prevenir el desarrollo de DCP. Estudios de este tipo realizados a una escala más grande, permitirán identificar otros factores relacionados con esta patología. Palabras clave: Dolor crónico postoperatorio, herniorrafia inguinal, inguinodina, factores asociados.

Comparación de la anestesia espinal con anestesia general endovenosa para legrado uterino obstétrico

Introducción: La elección de la técnica anestésica para cualquier procedimiento quirúrgico debe estar basada en su seguridad, la rapidez para su aplicación, la recuperación óptima para el paciente y minimización de los efectos secundarios, la anestesia raquídea es una técnica anestésica que puede ser utilizada con buenos resultados clínicos y minimas complicaciones . Materiales y métodos: Se realizó un estudio observacional con recolección prospectiva en mujeres clasificadas como ASA I - II y que posteriormente fueron llevadas a la realización de legrado uterino obstétrico por embarazo no viable durante las primeras 12 semanas de gestación, las técnicas anestésicas fueron anestesia espinal o anestesia general endovenosa dependiendo de la elección hecha por el anestesiólogo previo al procedimiento. Se midieron variables hemodinámicas, control del dolor postoperatorio, tiempo de recuperación y complicaciones perioperatorias con el fin de determinar si se presentaban diferencias significativas entre estas dos técnicas anestésicas. Resultados: Se incluyeron un total de 110 pacientes, 63.6% (n=70) con anestesia general y 36.4% (n40) con anestesia espinal. Ambas poblaciones fueron comparables. Se presentaron menos efectos secundarios con la técnica espinal, hay una diferencia estadísticamente significativa en cuanto al dolor a favor de la anestesia espinal (p0,000) Discusión: La anestesia raquídea es una opción viable, sencilla , fácil y eficaz para la realización de legrados obstétricos, se puede realizar con monitorización básica y las complicaciones son mínimas. Se requieren estudios más amplios para determinar el papel de cual es la mejor técnica. Palabras claves: legrado uterino instrumentado, anestesia espinal, anestesia general endovenosa

Costos asociados al soporte nutricional enteral en la unidad de cuidados intensivos, revisión de literatura

Objetivo:Describir los costos asociados al soporte nutricional enteral en pacientes adultos hospitalizados en Unidades de Cuidados Intensivos (UCI), Metodología: La elaboración de este documento se realizó en una búsqueda exhaustiva de acuerdo a las especificaciones y recomendaciones de la revisión de literatura, en MEDLINE, PUBMED, SCIENCE DIRECT, EBSCO por considerarse como bases de datos reconocidas por contener artículos de mayor fiabilidad y más usadas en el ámbito académico. Se evidencio en los 70 artículosel cumplimiento de los criterios de inclusión, enel cual se realizó un análisis de costos en el manejo del soporte nutricional enteral y se identificó la importancia del manejo de la nutrición en pacientes adultos del servicio de UCI. Resultados: De tal manera la importancia del soporte nutricional enteral, en su proceso precoz se identifica la reducción de costos y de recursos que se puede manejar ante el paciente crítico. Dentro de este marco se resalta que el soporte nutricional enteral debe ser la primera opción en paciente. Conclusión:La nutrición enteral considerada un modelo de innovación al soporte nutricional en las últimas décadas, ha evolucionado contribuyendo una adecuada alternativa de intervención y sin efectos adversos clínicos relevantes, que además mejoran la calidad de vida y contribuyen a la toma de decisiones clínicas basadas en la evidencia y en los análisis de costes con el uso racional de los recursos, así mismo, es una práctica costo- efectiva,con componente de costo- beneficio para el usuario al mejorar calidad de vida, obteniendo mayores beneficios a un menor costo.

Hipotensión arterial y variabilidad de la frecuencia cardiaca en pacientes embarazadas llevadas a cesarea bajo anestesia raquídea

INTRODUCCION La hipotensión arterial por anestesia raquídea en embarazadas llevadas a cesárea es frecuente y deletérea para la madre y el feto, sin que a la fecha exista una herramienta clínicamente útil para predecirla. La variabilidad de la frecuencia cardiaca es una medida que estima la actividad del sistema nervioso autónomo y algunos estudio iniciales indican una posible utilidad como herramienta predictiva de hipotensión arterial en esta población. METODOLOGIA Se realizó un estudio observacional descriptivo para examinar el comportamiento de la variabilidad de la frecuencia cardiaca, medida como razón de Baja frecuencia/Alta frecuencia, con un punto de corte de 2.5 tomada con un reloj POLAR RS800CX, en una población de pacientes con embarazo a término llevadas a cesárea, en un hospital de tercer nivel en Bogotá- Colombia entre Febrero y Abril del 2015. RESULTADOS El estudio incluyó 82 pacientes. Se determinó que la razón Baja frecuencia/Alta frecuencia mayor a 2,5 era poco frecuente en nuestra población (15.85%), y su asociación no fue significativa. DISCUSION El presente estudio demostró que la asociación entre la presencia de hipotensión y un índice Baja frecuencia/Alta frecuencia con punto de corte de 2.5 no es significativo para nuestra población de mujeres con embarazo a término llevadas a cesárea con anestesia espinal. Según los resultados se sugieres un punto de corte de 1.6 como punto de partida para la realización de nuevos estudios que permitan validar este valor.

Analysis and application of ichnofabrics

Bioturbation at all scales, which tends to replace the primary fabric of a sediment by the ichnofabric (the overall fabric of a sediment that has been bioturbated), is now recognised as playing a major role in facies interpretation. The manner in which the substrate may be colonized, and the physical, chemical and ecological controls (grainsize, sedimentation rate, oxygenation, nutrition, salinity, ethology, community structure and succession), together with the several ways in which the substrate is tiered by bioturbators, are the factors and processes that determine the nature of the ichnofabric. Eleven main styles of substrate tiering are described, ranging from single, pioneer colonization to complex tiering under equilibria, their modification under environmental deterioration and amelioration, and diagenetic enhancement or obscuration. Ichnofabrics may be assessed by four attributes: primary sedimentary factors, Bioturbation Index (BI), burrow size and frequency, and ichnological diversity. Construction of tier and ichnofabric constituent diagrams aid visualization and comparison. The breaks or changes in colonization and style of tiering at key stratal surfaces accentuate the surfaces, and many reflect a major environmental shift of the trace-forming biota. due to change in hydrodynamic regime (leading to non-deposition and/or erosion and/or lithification), change in salinity regime, or subaerial exposure. The succession of gradational or abrupt changes in ichnofabric through genetically related successions, together with changes in colonization and tiering across event beds, may also be interpreted in terms of changes in environmental parameters. It is not the ichnotaxa per se that are important in discriminating between ichnofabrics, but rather the environmental conditions that determine the overall style of colonization. Fabrics composed of different ichnotaxa (and different taphonomies) but similar tier structure and ichnoguild may form in similar environments of different age or different latitude. Appreciation of colonization and tiering styles places ancient ichnofabrics on a sound processrelated basis for environmental interpretation. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Individual differences in some (but not all) medial prefrontal regions reflect cognitive demand while regulating unpleasant emotion.

The present study investigated the premise that individual differences in autonomic physiology could be used to specify the nature and consequences of information processing taking place in medial prefrontal regions during cognitive reappraisal of unpleasant pictures. Neural (blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging) and autonomic (electrodermal [EDA], pupil diameter, cardiac acceleration) signals were recorded simultaneously as twenty-six older people (ages 64–66 years) used reappraisal to increase, maintain, or decrease their responses to unpleasant pictures. EDA was higher when increasing and lower when decreasing compared to maintaining. This suggested modulation of emotional arousal by reappraisal. By contrast, pupil diameter and cardiac acceleration were higher when increasing and decreasing compared to maintaining. This suggested modulation of cognitive demand. Importantly, reappraisal-related activation (increase, decrease > maintain) in two medial prefrontal regions (dorsal medial frontal gyrus and dorsal cingulate gyrus) was correlated with greater cardiac acceleration (increase, decrease > maintain) and monotonic changes in EDA (increase > maintain > decrease). These data indicate that these two medial prefrontal regions are involved in the allocation of cognitive resources to regulate unpleasant emotion, and that they modulate emotional arousal in accordance with the regulatory goal. The emotional arousal effects were mediated by the right amygdala. Reappraisal-related activation in a third medial prefrontal region (subgenual anterior cingulate cortex) was not associated with similar patterns of change in any of the autonomic measures, thus highlighting regional specificity in the degree to which cognitive demand is reflected in medial prefrontal activation during reappraisal.

The Acute Care Undergraduate TEaching (ACUTE) initiative: consensus development of core competencies in acute care for undergraduates in the United Kingdom

Background: The care of the acutely ill patient in hospital is often sub-optimal. Poor recognition of critical illness combined with a lack of knowledge, failure to appreciate the clinical urgency of a situation, a lack of supervision, failure to seek advice and poor communication have been identified as contributory factors. At present the training of medical students in these important skills is fragmented. The aim of this study was to use consensus techniques to identify the core competencies in the care of acutely ill or arrested adult patients that medical students should possess at the point of graduation. Design: Healthcare professionals were invited to contribute suggestions for competencies to a website as part of a modified Delphi survey. The competency proposals were grouped into themes and rated by a nominal group comprised of physicians, nurses and students from the UK. The nominal group rated the importance of each competency using a 5-point Likert scale. Results: A total of 359 healthcare professionals contributed 2,629 competency suggestions during the Delphi survey. These were reduced to 88 representative themes covering: airway and oxygenation; breathing and ventilation; circulation; confusion and coma; drugs, therapeutics and protocols; clinical examination; monitoring and investigations; team-working, organisation and communication; patient and societal needs; trauma; equipment; pre-hospital care; infection and inflammation. The nominal group identified 71 essential and 16 optional competencies which students should possess at the point of graduation. Conclusions: We propose these competencies form a core set for undergraduate training in resuscitation and acute care.

Novel supramolecular network in tri- and mono-nuclear oxovanadium(V)-salicyl-hydroximate: Synthesis, structure and catalytic oxidation of hydrocarbons using H2O2 as terminal oxidant

oxovanadium(V) salicylhydroximate complexes, [VO(SHA)(H2O)]center dot 1.58H(2)O (1) and [V3O3(CSHA)(3) (H2O)(3)]center dot 3CH(3)COCH(3) (2) have been synthesized by reaction of VO43- with N-salicyl hydroxamic acid (SHAHS) and N-(5-chlorosalicyl) hydroxamic acid (CSHAH(3)), respectively, in methanol medium. Compound 1 on reaction with pyridine 2,6-dicarboxylic acid (PyDCH2) yields mononuclear complex [VO(SHAH(2))(PyDC)] (3). Treatment of compound 3 with hydrogen peroxide at low pH (2-3) and low temperature (0-5 degrees C) yields a stable oxoperoxovanadium(V) complex H[VO(O-2)(PyDC)(H2O)]center dot 2.5H(2)O (4). All four complexes (1-4) have been characterized by spectroscopic (IR, UV-Vis, V-51 NMR) and single crystal X-ray analyses. Intermolecular hydrogen bonds link complex 1 into hexanuclear clusters consisting of six {VNO5} octahedra surrounded by twelve {VNO5} octahedra to form an annular ring. While the molecular packing in 2 generates a two-dimensional framework hydrogen bonds involving the solvent acetone molecules, the mononuclear complexes 3 and 4 exhibit three-dimensional supramolecular architecture. The compounds 1 and 2 behave as good catalysts for oxygenation of benzylic, aromatic, carbocyclic and aliphatic hydrocarbons to their corresponding hydroxylated and oxygenated products using H2O2 as terminal oxidant; the process affords very good yield and turnover number. The catalysis work shows that cyclohexane is a very easily oxidizable substrate giving the highest turnover number (TON) while n-hexane and n-heptane show limited yield, longer time involvement and lesser TON than other hydrocarbons. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Work performance, productivity and indoor air

Temperature, relative humidity, and air quality all affect the sensory system via thermo receptors in the skin and the olfactory system. Air quality is mainly defined by the contaminants in the air. However, the most persistent memory of any space is often its odor. Strong, emotional, and past experiences are awakened by the olfactory sense. Odors can also influence cognitive processes that affect creative task performance, as well as personal memories and moods. Besides nitrogen and oxygen, the air contains particles and many chemicals that affect the efficiency of the oxygenation process in the blood, and ultimately the air breathed affects thinking and concentration. It is important to show clients the value of spending more capital on high-quality buildings that promote good ventilation. The process of achieving indoor-air quality is a continual one throughout the design, construction, commissioning, and facilities management processes. This paper reviews the evidence.

How does the brain mediate interpretation of incongruent auditory emotions? The neural response to prosody in the presence of conflicting lexico-semantic cues

We frequently encounter conflicting emotion cues. This study examined how the neural response to emotional prosody differed in the presence of congruent and incongruent lexico-semantic cues. Two hypotheses were assessed: (i) decoding emotional prosody with conflicting lexico-semantic cues would activate brain regions associated with cognitive conflict (anterior cingulate and dorsolateral prefrontal cortex) or (ii) the increased attentional load of incongruent cues would modulate the activity of regions that decode emotional prosody (right lateral temporal cortex). While the participants indicated the emotion conveyed by prosody, functional magnetic resonance imaging data were acquired on a 3T scanner using blood oxygenation level-dependent contrast. Using SPM5, the response to congruent cues was contrasted with that to emotional prosody alone, as was the response to incongruent lexico-semantic cues (for the 'cognitive conflict' hypothesis). The right lateral temporal lobe region of interest analyses examined modulation of activity in this brain region between these two contrasts (for the 'prosody cortex' hypothesis). Dorsolateral prefrontal and anterior cingulate cortex activity was not observed, and neither was attentional modulation of activity in right lateral temporal cortex activity. However, decoding emotional prosody with incongruent lexico-semantic cues was strongly associated with left inferior frontal gyrus activity. This specialist form of conflict is therefore not processed by the brain using the same neural resources as non-affective cognitive conflict and neither can it be handled by associated sensory cortex alone. The recruitment of inferior frontal cortex may indicate increased semantic processing demands but other contributory functions of this region should be explored.

Modulation of visually evoked cortical fMRI responses by phase of ongoing occipital alpha oscillations

Using simultaneous electroencephalography as a measure of ongoing activity and functional magnetic resonance imaging (fMRI) as a measure of the stimulus-driven neural response, we examined whether the amplitude and phase of occipital alpha oscillations at the onset of a brief visual stimulus affects the amplitude of the visually evoked fMRI response. When accounting for intrinsic coupling of alpha amplitude and occipital fMRI signal by modeling and subtracting pseudo-trials, no significant effect of prestimulus alpha amplitude on the evoked fMRI response could be demonstrated. Regarding the effect of alpha phase, we found that stimuli arriving at the peak of the alpha cycle yielded a lower blood oxygenation level-dependent (BOLD) fMRI response in early visual cortex (V1/V2) than stimuli presented at the trough of the cycle. Our results therefore show that phase of occipital alpha oscillations impacts the overall strength of a visually evoked response, as indexed by the BOLD signal. This observation complements existing evidence that alpha oscillations reflect periodic variations in cortical excitability and suggests that the phase of oscillations in postsynaptic potentials can serve as a mechanism of gain control for incoming neural activity. Finally, our findings provide a putative neural basis for observations of alpha phase dependence of visual perceptual performance.

Complex spatiotemporal haemodynamic response following sensory stimulation in the awake rat

Detailed understanding of the haemodynamic changes that underlie non-invasive neuroimaging techniques such as blood oxygen level dependent functional magnetic resonance imaging is essential if we are to continue to extend the use of these methods for understanding brain function and dysfunction. The use of animal and in particular rodent research models has been central to these endeavours as they allow in-vivo experimental techniques that provide measurements of the haemodynamic response function at high temporal and spatial resolution. A limitation of most of this research is the use of anaesthetic agents which may disrupt or mask important features of neurovascular coupling or the haemodynamic response function. In this study we therefore measured spatiotemporal cortical haemodynamic responses to somatosensory stimulation in awake rats using optical imaging spectroscopy. Trained, restrained animals received non-noxious stimulation of the whisker pad via chronically implanted stimulating microwires whilst optical recordings were made from the contralateral somatosensory cortex through a thin cranial window. The responses we measure from un-anaesthetised animals are substantially different from those reported in previous studies which have used anaesthetised animals. These differences include biphasic response regions (initial increases in blood volume and oxygenation followed by subsequent decreases) as well as oscillations in the response time series of awake animals. These haemodynamic response features do not reflect concomitant changes in the underlying neuronal activity and therefore reflect neurovascular or cerebrovascular processes. These hitherto unreported hyperemic response dynamics may have important implications for the use of anaesthetised animal models for research into the haemodynamic response function.

Is optical imaging spectroscopy a viable measurement technique for the investigation of the negative BOLD phenomenon? A concurrent optical imaging spectroscopy and fMRI study at high field (7T)

Traditionally functional magnetic resonance imaging (fMRI) has been used to map activity in the human brain by measuring increases in the Blood Oxygenation Level Dependent (BOLD) signal. Often accompanying positive BOLD fMRI signal changes are sustained negative signal changes. Previous studies investigating the neurovascular coupling mechanisms of the negative BOLD phenomenon have used concurrent 2D-optical imaging spectroscopy (2D-OIS) and electrophysiology (Boorman et al., 2010). These experiments suggested that the negative BOLD signal in response to whisker stimulation was a result of an increase in deoxy-haemoglobin and reduced multi-unit activity in the deep cortical layers. However, Boorman et al. (2010) did not measure the BOLD and haemodynamic response concurrently and so could not quantitatively compare either the spatial maps or the 2D-OIS and fMRI time series directly. Furthermore their study utilised a homogeneous tissue model in which is predominantly sensitive to haemodynamic changes in more superficial layers. Here we test whether the 2D-OIS technique is appropriate for studies of negative BOLD. We used concurrent fMRI with 2D-OIS techniques for the investigation of the haemodynamics underlying the negative BOLD at 7 Tesla. We investigated whether optical methods could be used to accurately map and measure the negative BOLD phenomenon by using 2D-OIS haemodynamic data to derive predictions from a biophysical model of BOLD signal changes. We showed that despite the deep cortical origin of the negative BOLD response, if an appropriate heterogeneous tissue model is used in the spectroscopic analysis then 2D-OIS can be used to investigate the negative BOLD phenomenon.

Theory and generalization of Monte Carlo models of the BOLD signal source

The dependency of the blood oxygenation level dependent (BOLD) signal on underlying hemodynamics is not well understood. Building a forward biophysical model of this relationship is important for the quantitative estimation of the hemodynamic changes and neural activity underlying functional magnetic resonance imaging (fMRI) signals. We have developed a general model of the BOLD signal which can model both intra- and extravascular signals for an arbitrary tissue model across a wide range of imaging parameters. The model of the BOLD signal was instantiated as a look-up-table (LuT), and was verified against concurrent fMRI and optical imaging measurements of activation induced hemodynamics. Magn Reson Med, 2008. © 2008 Wiley-Liss, Inc.