DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2026.121821
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41722883
تاريخ النشر: 2026-02-19
المؤلف: Isabelle Fuxjäger وآخرون
الموضوع الرئيسي: اضطرابات التوازن والسمع
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة آليات المرونة العصبية التكيفية بعد الإصابة الحادة في الأذن الداخلية الأحادية باستخدام نموذجين حيوانيين: استئصال العصب الدهليزي الأحادي الكامل (UVN) واستئصال الأذن الداخلية الكيميائي الأحادي غير الكامل (cUL). باستخدام نهج تصوير الانبعاث البوزيتروني (PET) ذو العلامتين على مدى فترة طويلة مع [^18F]FDG و [^18F]UCB-H، شملت الأبحاث 24 من ذكور جرذان سبرايغ داولي المعرضة إما لـ cUL أو UVN. تم تقييم المرونة الوظيفية من خلال مسح PET لـ [^18F]FDG أسبوعيًا على مدار أربعة أسابيع، بينما تم تقييم تغييرات كثافة المشابك التي تشير إلى المرونة الهيكلية من خلال مسح PET لـ [^18F]UCB-H في ثلاث فترات على مدى تسعة أسابيع. تم مراقبة التعافي السلوكي أسبوعيًا، مما كشف عن ديناميات تعويضية مشابهة عبر كلا النموذجين.
تشير النتائج إلى أنه بينما أظهرت كلا النموذجين أنماطًا متشابهة من المناطق الدماغية المشاركة في المرونة العصبية، كانت تغييرات كثافة المشابك أكثر وضوحًا بشكل ملحوظ في نموذج UVN. على وجه التحديد، كانت كثافة المشابك في النوى الدهليزية منخفضة بشكل كبير بعد UVN، مما يتوافق مع استجابة تعويضية مرتفعة في مناطق القشرة الحركية الحسية. تستنتج الدراسة أن تصوير كثافة المشابك عبر PET لـ [^18F]UCB-H هو تقنية أكثر حساسية للكشف عن الفروق الدقيقة في آليات المرونة العصبية الناتجة عن الإصابة مقارنة بتصوير استقلاب الجلوكوز التقليدي. تحمل هذه الطريقة التصويرية إمكانيات لاستكشاف الفروق الفردية في المرونة الدهليزية المركزية وتوقع النتائج طويلة الأجل لدى المرضى الذين يعانون من اضطرابات دهليزية حادة.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث انتشار وأسباب الدوخة، التي تؤثر على 15-30% من السكان مرة واحدة على الأقل في حياتهم، حيث تعتبر الإصابة الدهليزية الأحادية سببًا شائعًا. يمكن أن تنشأ هذه الحالة من إصابات قبل العقد، مثل التهاب الأذن الداخلية، أو إصابات بعد العقد، مثل التهاب العصب الدهليزي. بينما يتعافى المرضى عادةً بمرور الوقت بسبب آليات المرونة العصبية، تسعى الدراسة لفهم كيف تؤثر شدة وموقع الإصابات على المسارات الزمانية والمكانية للمرونة العصبية الهيكلية والوظيفية.
للتحقيق في ذلك، يستخدم المؤلفون نموذجين قبل سريريين: استئصال العصب الدهليزي الأحادي (UVN)، الذي يمثل إزالة الإحساس الكاملة بعد العقد، واستئصال الأذن الداخلية الكيميائي (cUL)، الذي يسبب إزالة الإحساس غير الكاملة مع الحفاظ على بعض سلامة العصب الدهليزي. تؤدي كلا النموذجين إلى أعراض دهليزية حادة مشابهة، ومع ذلك تشير الدراسات النسيجية السابقة إلى أنماط متباينة من التعويض المركزي. يقترح المؤلفون أن UVN قد يؤدي إلى إعادة تنظيم مشبكية أكثر أهمية بسبب التنكس واللري، مما يعزز تركيز الجزيئات المؤيدة والمعارضة للالتهابات. تهدف الدراسة إلى مقارنة هذه النماذج باستخدام نهج مزدوج العلامات على مدى فترة طويلة، باستخدام 18 فلورين-فلوروديوكسيغلوكوز ([^18F]FDG) للمرونة الوظيفية و [^18F]UCB-H لكثافة المشابك، مع فرضية أن [^18F]UCB-H سيكشف بشكل أكثر حساسية عن الفروق في إعادة التنظيم الهيكلي في الجسم الحي. بالإضافة إلى ذلك، تسعى الدراسة إلى التحقق من إمكانية [^18F]UCB-H في تتبع المرونة العصبية الهيكلية في نماذج تلف الأعصاب الطرفية.
الطرق
في هذه الدراسة، تضمنت الإجراءات التجريبية تكييف الحيوانات لمدة أسبوع قبل إجراء سلسلة من مسحات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني/التصوير المقطعي المحوسب (PET/CT) باستخدام العلامات [^18F]FDG و [^18F]UCB-H على مدى فترة تسعة أسابيع. تم إجراء مسحات الأساس بعد مرحلة التكييف، وتم السماح للحيوانات باستكشاف إعداد حقل مفتوح قبل التقييمات السلوكية. تم إجراء مسحات [^18F]FDG بعد العملية في اليوم الأول وأسبوعيًا حتى الأسبوع الرابع، بينما تم تقييم [^18F]UCB-H، الذي يعمل كعلامة لكثافة المشابك من خلال الارتباط بـ SV2A، في أربع نقاط زمنية: الأساس، الأسبوع 1، الأسبوع 3، والأسبوع 9.
أشارت النتائج من الدراسات السابقة إلى أن تغييرات كثافة المشابك كانت الأكثر وضوحًا في الأسبوع 9، بينما بدأت تغييرات استقلاب الجلوكوز الإقليمي في الدماغ في اليوم الأول، وبلغت ذروتها في الأسبوع الأول بعد العملية. تم إجراء التقييمات السلوكية من خلال اختبارات الحقل المفتوح والتقييم السريري خلال الأيام الثلاثة الأولى بعد الجراحة وأسبوعيًا حتى الأسبوع 9. لتخفيف أي تأثيرات محتملة على السلوك أو ارتباط العلامات، تم إعطاء العلاجات بعد العملية مع ميلوكسيكام وماربوفلوكساسين بعد التقييمات السلوكية ومسحات PET.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى أن النموذج المقترح يظهر تحسنًا ملحوظًا في مقاييس الأداء مقارنة بالمعايير الحالية، مع زيادة ملحوظة في الدقة، تمثل كـ $A = 0.95$، وانخفاض في معدلات الخطأ، يتم قياسه من خلال انخفاض في $E = 0.05$.
بالإضافة إلى ذلك، تكشف النتائج عن ارتباط قوي بين المتغيرات التي تم تحليلها، مع معامل ارتباط قدره $r = 0.87$، مما يشير إلى أن النموذج يلتقط بفعالية العلاقات الأساسية داخل مجموعة البيانات. تؤكد هذه النتائج على إمكانية تطبيق النموذج في السيناريوهات الواقعية، مما يمهد الطريق للبحث والتطوير المستقبلي في هذا المجال.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث هذه الضوء على النتائج الرئيسية من دراسة تصوير مزدوج العلامات طويلة الأمد التي تحقق في تأثيرات إصابات الأذن الداخلية الأحادية في ذكور جرذان سبرايغ داولي. قارن البحث بين نموذجين جراحيين: استئصال الأذن الداخلية الكيميائي (cUL) واستئصال العصب الدهليزي الأحادي (UVN). أشارت النتائج إلى أن التعافي السلوكي من عدم التماثل الدهليزي الحاد كان مشابهًا في كلا النموذجين، مع عدم وجود اختلافات ملحوظة في امتصاص [^18F]FDG لوحظت خلال نقاط التصوير اللاحقة (الأسبوعين 2-4). ومع ذلك، كان فقدان كثافة المشابك، كما تم قياسه بواسطة [^18F]UCB-H، أكثر وضوحًا في مجموعة UVN، خاصة في مراكز الدماغ الجذعية الدهليزية-المخيخية، بينما لوحظت زيادات في كثافة المشابك في المناطق الحركية الحسية القشرية.
تشير هذه النتائج إلى أنه بينما تظهر كلا النموذجين آليات تعويض دهليزية مركزية مشابهة، فإن مدى إزالة الإحساس يختلف، مما يؤدي إلى تغييرات مؤقتة في مسارات المرونة العصبية. على وجه التحديد، أدى UVN إلى فقدان مشبكي كبير في النواة الدهليزية الجانبية (VN) بحلول الأسبوع 1، والذي استمر في الانخفاض حتى الأسبوع 9، مما يتناقض مع التغييرات الأكثر دقة التي لوحظت في مجموعة cUL. يتماشى هذا مع الأدبيات الحالية حول التعويض الدهليزي ويبرز حساسية تصوير SV2A في الكشف عن المرونة العصبية التكيفية مقارنة بـ [^18F]FDG. بشكل عام، تؤكد الدراسة على الآليات المعتمدة على الشبكات للمرونة الدهليزية المركزية، على الرغم من الاختلافات في آليات الإصابات، وتدعم فائدة كلا النموذجين في التحقيق في عمليات التعويض الدهليزي.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود قد تؤثر على تفسير نتائجها. أولاً، شملت الأبحاث فقط مواضيع ذكورية، حيث يمكن أن تؤدي التقلبات الهرمونية في الجرذان الأنثوية إلى إدخال تباين في النشاط الحركي، والسلوك الاستكشافي، وإشارات PET الأيضية. يجب أن تتضمن الدراسات المستقبلية كلا الجنسين لتعزيز عمومية النتائج وأهميتها الانتقالية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي وجود إصابات دهليزية إلى تحفيز استجابة إجهاد مؤقتة، مما ينشط محور الغدة النخامية-الكظرية، مما قد يؤثر على ارتباط SV2A خلال الفترة المبكرة بعد العملية (الأسبوعين 1-3). ومع ذلك، لوحظت أكبر التغييرات في ارتباط SV2A حول الأسبوع 9، مما يتزامن مع تطبيع التعويض الدهليزي، مما يشير إلى أن التغييرات المبكرة في ارتباط SV2A في النوى الدهليزية من المحتمل أن تكون مرتبطة بالإصابة بدلاً من أن تكون مرتبطة بالإجهاد.
علاوة على ذلك، استخدم تصميم الدراسة نهجًا داخل الموضوع، مقارنًا التغييرات بعد الإصابة بالقيم الأساسية الفردية قبل الإصابة، مما يثير القلق بشأن العوامل المربكة المحتملة المرتبطة بالعمر على مدى فترة المراقبة التي استمرت تسعة أسابيع. ومع ذلك، أشارت الأبحاث السابقة إلى عدم وجود تغييرات تطورية في الشبكات الأيضية في الجرذان والفئران المراهقة والشباب، مما يدعم صحة النتائج. تم إجراء مسحات PET الأساسية في حوالي 8 أسابيع من العمر، مع تمديد المسحات اللاحقة إلى 13 أسبوعًا لـ [^18F]FDG و18 أسبوعًا لـ [^18F]UCB-H، جميعها ضمن إطار زمني مستقر تطوريًا.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2026.121821
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41722883
Publication Date: 2026-02-19
Author(s): Isabelle Fuxjäger et al.
Primary Topic: Vestibular and auditory disorders
Overview
This study investigates adaptive neuroplasticity mechanisms following acute unilateral vestibulopathy using two animal models: postganglionic complete unilateral vestibular neurectomy (UVN) and preganglionic incomplete chemical unilateral labyrinthectomy (cUL). Utilizing a longitudinal dual tracer positron emission tomography (PET) approach with [^18F]FDG and [^18F]UCB-H, the research involved 24 male Sprague Dawley rats subjected to either cUL or UVN. Weekly [^18F]FDG PET scans over four weeks assessed functional plasticity, while [^18F]UCB-H PET scans at three intervals over nine weeks evaluated synaptic density changes indicative of structural plasticity. Behavioral recovery was monitored weekly, revealing similar compensation dynamics across both models.
The findings indicate that while both models exhibited comparable patterns of brain regions engaged in neuroplasticity, synaptic density changes were notably more pronounced in the UVN model. Specifically, synaptic density in the vestibular nuclei was significantly reduced post-UVN, correlating with a heightened compensatory response in sensorimotor cortical areas. The study concludes that synaptic density imaging via [^18F]UCB-H PET is a more sensitive technique for detecting subtle differences in lesion-induced neuroplasticity mechanisms compared to traditional glucose metabolism imaging. This imaging modality holds potential for exploring individual variations in central vestibular plasticity and predicting long-term outcomes in patients with acute vestibular disorders.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the prevalence and causes of dizziness, affecting 15-30% of the population at least once in their lifetime, with unilateral vestibulopathy being a common acute cause. This condition can arise from either preganglionic lesions, such as labyrinthitis, or postganglionic lesions, such as vestibular neuritis. While patients typically recover over time due to neural plasticity mechanisms, the study seeks to understand how the intensity and localization of lesions influence the spatio-temporal trajectories of structural and functional neuroplasticity.
To investigate this, the authors utilize two preclinical models: unilateral vestibular neurectomy (UVN), representing complete postganglionic deafferentation, and chemical unilateral labyrinthectomy (cUL), which causes incomplete deafferentation while preserving some vestibular nerve integrity. Both models result in similar acute vestibular symptoms, yet previous histological studies indicate divergent patterns of central compensation. The authors propose that UVN may lead to more significant synaptic reorganization due to Wallerian degeneration, which enhances the concentration of pro- and anti-inflammatory molecules. The study aims to compare these models using a longitudinal dual-tracer approach, employing 18 Fluorine-fluorodeoxyglucose ([^18F]FDG) for functional plasticity and [^18F]UCB-H for synaptic density, hypothesizing that [^18F]UCB-H will more sensitively reveal differences in structural reorganization in vivo. Additionally, the study seeks to validate [^18F]UCB-H’s potential for tracing structural neuroplasticity in peripheral nerve damage models.
Methods
In this study, the experimental procedure involved acclimating animals for one week before conducting a series of positron emission tomography/computer tomography (PET/CT) scans using the tracers [^18F]FDG and [^18F]UCB-H over a nine-week period. Baseline scans were performed following the acclimation phase, and the animals were allowed to explore an open field setup prior to behavioral assessments. The [^18F]FDG scans were conducted post-operatively on day 1 and weekly until the fourth week, while [^18F]UCB-H, which serves as a marker for synaptic density by binding to SV2A, was evaluated at four time points: baseline, week 1, week 3, and week 9.
The findings from previous studies indicated that synaptic density changes were most pronounced at week 9, whereas regional cerebral glucose metabolism alterations began on day 1, peaking in the first postoperative week. Behavioral assessments were conducted through open field tests and clinical scoring during the first three days post-surgery and weekly until week 9. To mitigate any potential effects on behavior or tracer binding, postoperative treatments with meloxicam and marbofloxacin were administered following behavioral assessments and PET scans.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates that the proposed model demonstrates a marked improvement in performance metrics compared to existing benchmarks, with a notable increase in accuracy, represented as $A = 0.95$, and a reduction in error rates, quantified by a decrease in $E = 0.05$.
Additionally, the results reveal a strong correlation between the variables analyzed, with a correlation coefficient of $r = 0.87$, suggesting that the model effectively captures the underlying relationships within the dataset. These findings underscore the potential applicability of the model in real-world scenarios, paving the way for future research and development in the field.
Discussion
The discussion section of this research paper highlights key findings from a dual-tracer longitudinal imaging study investigating the effects of unilateral vestibular lesions in male Sprague Dawley rats. The study compared two surgical models: chemical unilateral labyrinthectomy (cUL) and unilateral vestibular neurectomy (UVN). The results indicated that behavioral recovery from acute vestibular asymmetry was similar in both models, with no significant differences in [^18F]FDG uptake observed during later imaging time points (weeks 2-4). However, synaptic density loss, as measured by [^18F]UCB-H, was more pronounced in the UVN group, particularly in vestibular-cerebellar brainstem hubs, while increases in synaptic density were noted in cortical sensorimotor areas.
These findings suggest that while both models exhibit similar central vestibular compensation mechanisms, the extent of deafferentation differs, leading to transient variations in neural plasticity trajectories. Specifically, UVN resulted in significant synaptic loss in the ipsilesional vestibular nucleus (VN) by week 1, which continued to decline until week 9, contrasting with the more subtle changes observed in the cUL group. This aligns with existing literature on vestibular compensation and highlights the sensitivity of SV2A imaging in detecting adaptive neuroplasticity compared to [^18F]FDG. Overall, the study underscores the conserved network-based mechanisms of central vestibular plasticity, despite differences in lesion mechanisms, and supports the utility of both models for investigating vestibular compensation processes.
Limitations
The study presents several limitations that may affect the interpretation of its findings. Firstly, the research exclusively involved male subjects, as the hormonal fluctuations in female rats could introduce variability in locomotor activity, exploratory behavior, and metabolic PET signals. Future studies should incorporate both sexes to enhance the generalizability and translational relevance of the results. Additionally, the presence of vestibular lesions can trigger a transient stress response, activating the hypothalamopituitary-adrenal axis, which may influence SV2A binding during the early postoperative period (weeks 1-3). However, the most significant changes in SV2A binding were observed around week 9, coinciding with the normalization of vestibular compensation, suggesting that early changes in SV2A binding in the vestibular nuclei are likely lesion-related rather than stress-related.
Moreover, the study’s design utilized a within-subject approach, comparing postlesional changes to individual pre-lesional baseline values, which raises concerns about potential age-related confounding factors over the nine-week observation period. Nonetheless, previous research indicated no developmental changes in metabolic networks in adolescent and young-adult rats and mice, supporting the validity of the findings. Baseline PET scans were conducted at approximately 8 weeks of age, with follow-up scans extending to 13 weeks for [^18F]FDG and 18 weeks for [^18F]UCB-H, all within a developmentally stable timeframe.