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Control Systems Approach to Predicting Individualized Dynamics of Nicotine Cravings

29. Juni 2017 aktualisiert von: Lilianne Strey, Stony Brook University

Using Control Systems to Predict Individualized Dynamics of Nicotine Cravings

Nicotine is the most common drug of abuse in the United States, and has addiction strength comparable to cocaine, heroin, and alcohol. It is the primary addictive component of tobacco, and its use markedly increases risk for cancer, heart disease, asthma, miscarriage, and infant mortality. Addiction is thought to be caused primarily by the intersection of two components: 1) the impact of drug pharmacokinetics on the dynamics of dopamine response, and 2) dysregulation of the brain's reward circuit. While the term 'dysregulated' tends to be used qualitatively within the neuroscience literature, regulation has a precise and testable meaning in control systems engineering, which has yet to be addressed in a quantitative manner by current neuroimaging methods or models of addiction. Current approaches to neuroimaging have primarily focused on identifying nodes and causal connections within the meso-circuit of interest, but have yet to take the next step in treating these nodes and connection as a self-interacting dynamical system evolving over time. Such an approach is critical for improving our understanding, and therefore prediction, of trajectories for addiction as well as recovery.

Studienübersicht

Detaillierte Beschreibung

Nicotine is the most common drug of abuse in the United States, and has addiction strength comparable to cocaine, heroin, and alcohol. It is the primary addictive component of tobacco, and its use markedly increases risk for cancer, heart disease, asthma, miscarriage, and infant mortality. Addiction is thought to be caused primarily by the intersection of two components: 1) the impact of drug pharmacokinetics on the dynamics of dopamine response, and 2) dysregulation of the brain's reward circuit. While the term 'dysregulated' tends to be used qualitatively within the neuroscience literature, regulation has a precise and testable meaning in control systems engineering, which has yet to be addressed in a quantitative manner by current neuroimaging methods or models of addiction. Current approaches to neuroimaging have primarily focused on identifying nodes and causal connections within the meso-circuit of interest, but have yet to take the next step in treating these nodes and connection as a self-interacting dynamical system evolving over time. Such an approach is critical for improving the understanding, and therefore prediction, of trajectories for addiction as well as recovery. These trajectories are likely to be nonlinear (e.g., involving thresholds, saturation, and self-reinforcement), as well as highly specific to each individual. This study is designed to provide the first step towards addressing this gap: integrating ultra-high-field (7T) and ultra-fast (<1s) fMRI with computational modeling, to provide a bridge between the dynamics of meso-circuit regulation and the dynamics of human addictive behavior. The investigators propose to test the hypothesis that control systems regulation, measured by dynamic analyses of fMRI data, can predict-on an individual basis-exactly when an addicted smoker will want to take his next puff. This will be achieved by first validating a MR-compatible nicotine delivery system, by comparing its neurobiological and autonomic effects against those of a cigarette and e-cigarette. Once this is achieved, the investigators will then acquire fMRI data from addicted smokers while they 'smoke.' Using individual subjects' neuroimaging data, the investigators will derive coupled differential equations for a control system that predicts craving and behavioral response for that individual. Using independent data sets to estimate the parameters and to test them, the investigators will assess the model's accuracy in predicting each individual subject's cravings, as measured behaviorally by the frequency at which each smoker self-administers nicotine. If successful, this approach could then be exploited to develop individualized prevention and treatment of addiction by identifying individual-specific amplitude, duration, and frequency of dosing in nicotine replacement therapy that is least likely to trigger cravings. More generally, the methods proposed have the potential to rigorously examine system-wide dysregulation in addiction for the first time, opening the door to exploration of other dysregulatory brain-based diseases in humans.

Studientyp

Interventionell

Einschreibung (Tatsächlich)

23

Phase

  • Unzutreffend

Kontakte und Standorte

Dieser Abschnitt enthält die Kontaktdaten derjenigen, die die Studie durchführen, und Informationen darüber, wo diese Studie durchgeführt wird.

Studienorte

    • New York
      • Stony Brook, New York, Vereinigte Staaten, 11794
        • Bioengineering Building , Stony Brook University

Teilnahmekriterien

Forscher suchen nach Personen, die einer bestimmten Beschreibung entsprechen, die als Auswahlkriterien bezeichnet werden. Einige Beispiele für diese Kriterien sind der allgemeine Gesundheitszustand einer Person oder frühere Behandlungen.

Zulassungskriterien

Studienberechtigtes Alter

21 Jahre bis 65 Jahre (Erwachsene, Älterer Erwachsener)

Akzeptiert gesunde Freiwillige

Ja

Studienberechtigte Geschlechter

Alle

Beschreibung

Inclusion Criteria:

21-65years of age

Moderate to severe addiction to smoking/nicotine

Willingness to withdraw from nicotine for 12 hours prior to testing

Eyesight correctable to 20/20 with contact lenses.

Exclusion Criteria:

Electrical implants such as cardiac pacemakers or perfusion pumps

Ferromagnetic implants such as aneurysm clips, surgical clips, prostheses, artificial hearts, valves with steel parts, metal fragments, shrapnel, facial tattoos, or steel implants

Claustrophobia

Pregnancy or breastfeeding (for females, pregnancy status will be confirmed with urine test)

Chronic nasal congestion, sinusitis, or common cold Use of nicotine cessation therapy (patch, gum, inhaler, nasal spray)

History of asthma, cardiovascular or peripheral vascular disease (anginas, arrhythmias, myocardial infarction, Raynaud's disease, insulin dependent diabetes)

History of neurological disease (brain tumor, stroke, traumatic brain injury, epilepsy)

Current use of psychotropic medication

Studienplan

Dieser Abschnitt enthält Einzelheiten zum Studienplan, einschließlich des Studiendesigns und der Messung der Studieninhalte.

Wie ist die Studie aufgebaut?

Designdetails

  • Hauptzweck: Diagnose
  • Zuteilung: N / A
  • Interventionsmodell: Einzelgruppenzuweisung
  • Maskierung: Keine (Offenes Etikett)

Waffen und Interventionen

Teilnehmergruppe / Arm
Intervention / Behandlung
Experimental: Nicotine Cravings
Andere Namen:
  • Nicotrol NS

Was misst die Studie?

Primäre Ergebnismessungen

Ergebnis Maßnahme
Zeitfenster
Autonomic nervous system activity will be measured by analysis of heart rate variability and electric dermal activity alongside a 0-10 craving scale.
Zeitfenster: through study completion, an average of 1 year
through study completion, an average of 1 year

Mitarbeiter und Ermittler

Hier finden Sie Personen und Organisationen, die an dieser Studie beteiligt sind.

Ermittler

  • Hauptermittler: Lilianne Mujica-Parodi, PhD, Stony Brook University

Publikationen und hilfreiche Links

Die Bereitstellung dieser Publikationen erfolgt freiwillig durch die für die Eingabe von Informationen über die Studie verantwortliche Person. Diese können sich auf alles beziehen, was mit dem Studium zu tun hat.

Studienaufzeichnungsdaten

Diese Daten verfolgen den Fortschritt der Übermittlung von Studienaufzeichnungen und zusammenfassenden Ergebnissen an ClinicalTrials.gov. Studienaufzeichnungen und gemeldete Ergebnisse werden von der National Library of Medicine (NLM) überprüft, um sicherzustellen, dass sie bestimmten Qualitätskontrollstandards entsprechen, bevor sie auf der öffentlichen Website veröffentlicht werden.

Haupttermine studieren

Studienbeginn

1. September 2015

Primärer Abschluss (Tatsächlich)

1. Juni 2017

Studienabschluss (Voraussichtlich)

1. Dezember 2017

Studienanmeldedaten

Zuerst eingereicht

24. November 2015

Zuerst eingereicht, das die QC-Kriterien erfüllt hat

28. Dezember 2015

Zuerst gepostet (Schätzen)

31. Dezember 2015

Studienaufzeichnungsaktualisierungen

Letztes Update gepostet (Tatsächlich)

2. Juli 2017

Letztes eingereichtes Update, das die QC-Kriterien erfüllt

29. Juni 2017

Zuletzt verifiziert

1. Juni 2017

Mehr Informationen

Diese Informationen wurden ohne Änderungen direkt von der Website clinicaltrials.gov abgerufen. Wenn Sie Ihre Studiendaten ändern, entfernen oder aktualisieren möchten, wenden Sie sich bitte an register@clinicaltrials.gov. Sobald eine Änderung auf clinicaltrials.gov implementiert wird, wird diese automatisch auch auf unserer Website aktualisiert .

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