Kofeiinin aiheuttamat motorisen aivokuoren neuroplastiset muutokset
keskiviikko 27. marraskuuta 2019 päivittänyt: Prof. Dr. Walter Paulus, University Medical Center Goettingen
Kofeiinin aiheuttamat neuroplastiset muutokset motorisessa aivokuoressa: erot kofeiinin ja ei-kofeiinin käyttäjien välillä ja valppauden vaikutus stimulaation aikana
Kofeiini on psykostimulantti. Se toimii kilpailevana antagonistina adenosiinireseptoreissa, jotka moduloivat myös aivokuoren kiihottumista. Syvässä aivostimulaatiossa (DBS) adenosiinin tuotanto adenosiinitrifosfaatin (ATP) vapautumisen jälkeen selittää vapinan vähenemisen. Adenosiinin sitoutuminen adenosiini A1-reseptoreihin suppressoi eksitatorista transmissiota talamuksessa ja vähentää siten sekä vapinan että DBS:n aiheuttamia sivuvaikutuksia. Myös adenosiinin vaikutus heikkeni 8-syklopentyyli-1,3-dipropyyliksantiinin (DPCPX) adenosiini A1 -reseptorin antagonistin antamisen jälkeen. Siksi reseptoriantagonistin, kuten kofeiinin, läsnäolon ehdotettiin vähentävän syvän aivostimulaation (DBS) tehokkuutta vapinan ja muiden liikehäiriöiden hoidossa.
Tämän havainnon perusteella tutkijat olettavat, että kofeiinin antagonistinen vaikutus voi alustavasti estää transkraniaalisen vaihtovirtastimulaation (tACS) kiihottavat vaikutukset. Plastisuusvaikutukset voivat vaihdella kofeiinin käyttäjien ja ei-kofeiinikäyttäjien välillä riippuen reseptorin sitoutumiskohtien saatavuudesta.
Sen lisäksi suuri ongelma NIBS-tutkimuksissa, mukaan lukien ne, jotka tutkivat moottorin aiheuttamia mahdollisuuksia, on vasteen vaihtelu sekä yksilöiden sisällä että niiden välillä. Monet tekijät voivat vaikuttaa moottorin herättämien potentiaalien (MEP) kokeiluun. Kofeiinille on ominaista sen vaikutus valppauteen. Tässä tutkimuksessa tutkijan tulee seurata osallistujan valppautta pupillometrisesti (1) ymmärtääkseen paremmin tekijöitä, jotka voivat aiheuttaa vaihtelua transkraniaalisen kiihtymisen induktiotutkimuksissa ja (2) erottaakseen suoran farmakologisen vaikutuksen kofeiinin epäsuorasta huomiovaikutuksesta.
Tutkimuksen yleiskatsaus
Tila
Valmis
Interventio / Hoito
Opintotyyppi
Interventio
Ilmoittautuminen (Todellinen)
30
Vaihe
- Ei sovellettavissa
Yhteystiedot ja paikat
Tässä osiossa on tutkimuksen suorittajien yhteystiedot ja tiedot siitä, missä tämä tutkimus suoritetaan.
Opiskelupaikat
-
-
Lower Saxony
-
Goettigen, Lower Saxony, Saksa, 37075
- Prof. Dr. Walter Paulus
-
-
Osallistumiskriteerit
Tutkijat etsivät ihmisiä, jotka sopivat tiettyyn kuvaukseen, jota kutsutaan kelpoisuuskriteereiksi. Joitakin esimerkkejä näistä kriteereistä ovat henkilön yleinen terveydentila tai aiemmat hoidot.
Kelpoisuusvaatimukset
Opintokelpoiset iät
18 vuotta - 45 vuotta (AIKUINEN)
Hyväksyy terveitä vapaaehtoisia
Joo
Sukupuolet, jotka voivat opiskella
Kaikki
Kuvaus
Sisällyttämiskriteerit:
- Terveet mies- ja naispuoliset osallistujat 18-45-vuotiaat.
- Oikeakätinen (Oldfield 1971).
- Vapaa halukas osallistuminen ja kirjallinen, tietoinen suostumus kaikilta koehenkilöiltä saatu ennen tutkimuksen aloittamista.
- Osallistujan paino on yli 60 kg
Poissulkemiskriteerit:
- Ikä < 18 tai > 45 vuotta vanha;
- Vasen käsi hallitseva;
- Todisteet kroonisesta sairaudesta tai hermoston häiriöstä
- Aiemmat epileptiset kohtaukset;
- Tahdistin tai syvä aivojen stimulaatio;
- Metalli-implantit pään alueella (pään alueella käytetty metalli, esimerkiksi klipsit aivoverensisäisen aneurysman leikkauksen jälkeen (suonten säröily aivosuonien alueella), keinotekoisen kuulokäytävän implantaatio);
- Aivovamma, johon liittyy tajunnan menetys esihistoriassa;
- Vakavan sisäisen (sisäelimet) tai psyykkisen (mielen sairauden) olemassaolo
- Alkoholi-, lääke- tai huumeriippuvuus;
- Reseptiivinen tai globaali afasia (puheen ymmärtämisen tai lisäksi puheen häiriö);
- Osallistuminen toiseen tieteelliseen tai kliiniseen tutkimukseen viimeisten 4 viikon aikana;
- Raskaus
- Imetys
- Suvaitsemattomuus kofeiinille tai kahvituotteille
- Osallistuja, jolla on epänormaali sydämen toiminta EKG-löydön perusteella
- Paino on alle 60 kg
Opintosuunnitelma
Tässä osiossa on tietoja tutkimussuunnitelmasta, mukaan lukien kuinka tutkimus on suunniteltu ja mitä tutkimuksella mitataan.
Miten tutkimus on suunniteltu?
Suunnittelun yksityiskohdat
- Ensisijainen käyttötarkoitus: BASIC_SCIENCE
- Jako: SATUNNAISTUNA
- Inventiomalli: RISTO
- Naamiointi: KAKSINKERTAINEN
Aseet ja interventiot
Osallistujaryhmä / Arm |
Interventio / Hoito |
|---|---|
|
ACTIVE_COMPARATOR: Kofeiiniryhmä
Osallistujat saavat kofeiinitabletin ja kaikki sähköstimulaatiot satunnaisessa järjestyksessä (tACS 140 Hz 1 mA ja vale-tACS).
Osallistujan valppaustilaa seurataan aktiivisen valppaustilan tai passiivisen valppaustilan perusteella.
|
|
|
PLACEBO_COMPARATOR: Placebo ryhmä
Osallistujat saavat lumetabletin ja kaikki sähköstimulaatiot satunnaisessa järjestyksessä (tACS 140 Hz 1 mA:lla ja näennäinen tACS).
Osallistujan valppaustilaa seurataan aktiivisen valppaustilan tai passiivisen valppaustilan perusteella.
|
|
Mitä tutkimuksessa mitataan?
Ensisijaiset tulostoimenpiteet
Tulosmittaus |
Toimenpiteen kuvaus |
Aikaikkuna |
|---|---|---|
|
Kortikaalisten alueiden neuroplastiset muutokset
Aikaikkuna: Lähtötilanne (esimittaus), välittömästi toimenpiteen jälkeen, 5 minuuttia, 10 minuuttia, 15 minuuttia, 20 minuuttia, 25 minuuttia, 30 minuuttia
|
Motorisen aivokuoren plastisuus mitataan moottorin herättämien potentiaalien (MEP) amplitudin muutoksista eri ajankohtina.
Transkraniaalista magneettistimulaatiota (TMS) käytetään MEP-amplitudien mittaamiseen.
|
Lähtötilanne (esimittaus), välittömästi toimenpiteen jälkeen, 5 minuuttia, 10 minuuttia, 15 minuuttia, 20 minuuttia, 25 minuuttia, 30 minuuttia
|
|
Valppauden vaikutus stimulaation aikana
Aikaikkuna: 10 minuuttia
|
Osallistujan valppautta seurataan pupillin halkaisijan ja pupillin unrest indexin (PUI) perusteella pupillometrillä.
Tämä mittaus suoritetaan 10 minuutin transkraniaalisen vaihtovirtastimulaation (tACS) aikana.
|
10 minuuttia
|
Toissijaiset tulostoimenpiteet
Tulosmittaus |
Toimenpiteen kuvaus |
Aikaikkuna |
|---|---|---|
|
Geneettinen polymorfismi
Aikaikkuna: 1 vuosi
|
Aivoperäisen neurotrofisen tekijän (BDNF) geenipolymorfismit aivokuoren plastisuudesta
|
1 vuosi
|
Yhteistyökumppanit ja tutkijat
Täältä löydät tähän tutkimukseen osallistuvat ihmiset ja organisaatiot.
Sponsori
Tutkijat
- Päätutkija: Walter Paulus, University Medical Center Goettingen, Goettingen
Julkaisuja ja hyödyllisiä linkkejä
Tutkimusta koskevien tietojen syöttämisestä vastaava henkilö toimittaa nämä julkaisut vapaaehtoisesti. Nämä voivat koskea mitä tahansa tutkimukseen liittyvää.
Yleiset julkaisut
- Nitsche MA, Paulus W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. J Physiol. 2000 Sep 15;527 Pt 3(Pt 3):633-9. doi: 10.1111/j.1469-7793.2000.t01-1-00633.x.
- Oldfield RC. The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 1971 Mar;9(1):97-113. doi: 10.1016/0028-3932(71)90067-4. No abstract available.
- Antal A, Alekseichuk I, Bikson M, Brockmoller J, Brunoni AR, Chen R, Cohen LG, Dowthwaite G, Ellrich J, Floel A, Fregni F, George MS, Hamilton R, Haueisen J, Herrmann CS, Hummel FC, Lefaucheur JP, Liebetanz D, Loo CK, McCaig CD, Miniussi C, Miranda PC, Moliadze V, Nitsche MA, Nowak R, Padberg F, Pascual-Leone A, Poppendieck W, Priori A, Rossi S, Rossini PM, Rothwell J, Rueger MA, Ruffini G, Schellhorn K, Siebner HR, Ugawa Y, Wexler A, Ziemann U, Hallett M, Paulus W. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clin Neurophysiol. 2017 Sep;128(9):1774-1809. doi: 10.1016/j.clinph.2017.06.001. Epub 2017 Jun 19.
- Stefan K, Kunesch E, Cohen LG, Benecke R, Classen J. Induction of plasticity in the human motor cortex by paired associative stimulation. Brain. 2000 Mar;123 Pt 3:572-84. doi: 10.1093/brain/123.3.572.
- Cappelletti S, Piacentino D, Sani G, Aromatario M. Caffeine: cognitive and physical performance enhancer or psychoactive drug? Curr Neuropharmacol. 2015 Jan;13(1):71-88. doi: 10.2174/1570159X13666141210215655. Erratum In: Curr Neuropharmacol. 2015;13(4):554. Daria, Piacentino [corrected to Piacentino, Daria].
- Cappelletti S, Piacentino D, Fineschi V, Frati P, Cipolloni L, Aromatario M. Caffeine-Related Deaths: Manner of Deaths and Categories at Risk. Nutrients. 2018 May 14;10(5):611. doi: 10.3390/nu10050611.
- Feurra M, Paulus W, Walsh V, Kanai R. Frequency specific modulation of human somatosensory cortex. Front Psychol. 2011 Feb 2;2:13. doi: 10.3389/fpsyg.2011.00013. eCollection 2011.
- Higdon JV, Frei B. Coffee and health: a review of recent human research. Crit Rev Food Sci Nutr. 2006;46(2):101-23. doi: 10.1080/10408390500400009.
- Marquez-Ruiz J, Leal-Campanario R, Sanchez-Campusano R, Molaee-Ardekani B, Wendling F, Miranda PC, Ruffini G, Gruart A, Delgado-Garcia JM. Transcranial direct-current stimulation modulates synaptic mechanisms involved in associative learning in behaving rabbits. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Apr 24;109(17):6710-5. doi: 10.1073/pnas.1121147109. Epub 2012 Apr 9.
- Moliadze V, Antal A, Paulus W. Boosting brain excitability by transcranial high frequency stimulation in the ripple range. J Physiol. 2010 Dec 15;588(Pt 24):4891-904. doi: 10.1113/jphysiol.2010.196998.
- Moliadze V, Antal A, Paulus W. Electrode-distance dependent after-effects of transcranial direct and random noise stimulation with extracephalic reference electrodes. Clin Neurophysiol. 2010 Dec;121(12):2165-71. doi: 10.1016/j.clinph.2010.04.033. Epub 2010 Jun 15.
- Moliadze V, Atalay D, Antal A, Paulus W. Close to threshold transcranial electrical stimulation preferentially activates inhibitory networks before switching to excitation with higher intensities. Brain Stimul. 2012 Oct;5(4):505-11. doi: 10.1016/j.brs.2011.11.004. Epub 2012 Feb 22.
- Polania R, Nitsche MA, Korman C, Batsikadze G, Paulus W. The importance of timing in segregated theta phase-coupling for cognitive performance. Curr Biol. 2012 Jul 24;22(14):1314-8. doi: 10.1016/j.cub.2012.05.021. Epub 2012 Jun 7.
- Stefan K, Kunesch E, Benecke R, Cohen LG, Classen J. Mechanisms of enhancement of human motor cortex excitability induced by interventional paired associative stimulation. J Physiol. 2002 Sep 1;543(Pt 2):699-708. doi: 10.1113/jphysiol.2002.023317.
- Zaehle T, Rach S, Herrmann CS. Transcranial alternating current stimulation enhances individual alpha activity in human EEG. PLoS One. 2010 Nov 1;5(11):e13766. doi: 10.1371/journal.pone.0013766.
- Zulkifly MFM, Merkohitaj O, Brockmoller J, Paulus W. Confounding effects of caffeine on neuroplasticity induced by transcranial alternating current stimulation and paired associative stimulation. Clin Neurophysiol. 2021 Jun;132(6):1367-1379. doi: 10.1016/j.clinph.2021.01.024. Epub 2021 Mar 10.
- Zulkifly MFM, Merkohitaj O, Paulus W, Brockmoller J. The roles of caffeine and corticosteroids in modulating cortical excitability after paired associative stimulation (PAS) and transcranial alternating current stimulation (tACS) in caffeine-naive and caffeine-adapted subjects. Psychoneuroendocrinology. 2021 May;127:105201. doi: 10.1016/j.psyneuen.2021.105201. Epub 2021 Mar 15.
- Antal A, Chaieb L, Moliadze V, Monte-Silva K, Poreisz C, Thirugnanasambandam N, Nitsche MA, Shoukier M, Ludwig H, Paulus W. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) gene polymorphisms shape cortical plasticity in humans. Brain Stimul. 2010 Oct;3(4):230-7. doi: 10.1016/j.brs.2009.12.003. Epub 2010 Jan 14.
- Biabani M, Farrell M, Zoghi M, Egan G, Jaberzadeh S. The minimal number of TMS trials required for the reliable assessment of corticospinal excitability, short interval intracortical inhibition, and intracortical facilitation. Neurosci Lett. 2018 May 1;674:94-100. doi: 10.1016/j.neulet.2018.03.026. Epub 2018 Mar 15.
- Cavaleri R, Schabrun SM, Chipchase LS. The number of stimuli required to reliably assess corticomotor excitability and primary motor cortical representations using transcranial magnetic stimulation (TMS): a systematic review and meta-analysis. Syst Rev. 2017 Mar 6;6(1):48. doi: 10.1186/s13643-017-0440-8.
- Cuypers K, Thijs H, Meesen RL. Optimization of the transcranial magnetic stimulation protocol by defining a reliable estimate for corticospinal excitability. PLoS One. 2014 Jan 24;9(1):e86380. doi: 10.1371/journal.pone.0086380. eCollection 2014.
- Goldsworthy MR, Hordacre B, Ridding MC. Minimum number of trials required for within- and between-session reliability of TMS measures of corticospinal excitability. Neuroscience. 2016 Apr 21;320:205-9. doi: 10.1016/j.neuroscience.2016.02.012. Epub 2016 Feb 9.
- Hanajima R, Tanaka N, Tsutsumi R, Shirota Y, Shimizu T, Terao Y, Ugawa Y. Effect of caffeine on long-term potentiation-like effects induced by quadripulse transcranial magnetic stimulation. Exp Brain Res. 2019 Mar;237(3):647-651. doi: 10.1007/s00221-018-5450-9. Epub 2018 Dec 10.
- Karabanov A, Ziemann U, Hamada M, George MS, Quartarone A, Classen J, Massimini M, Rothwell J, Siebner HR. Consensus Paper: Probing Homeostatic Plasticity of Human Cortex With Non-invasive Transcranial Brain Stimulation. Brain Stimul. 2015 May-Jun;8(3):442-54. doi: 10.1016/j.brs.2015.01.404. Epub 2015 Apr 1.
- Di Lazzaro V, Pellegrino G, Di Pino G, Corbetto M, Ranieri F, Brunelli N, Paolucci M, Bucossi S, Ventriglia MC, Brown P, Capone F. Val66Met BDNF gene polymorphism influences human motor cortex plasticity in acute stroke. Brain Stimul. 2015 Jan-Feb;8(1):92-6. doi: 10.1016/j.brs.2014.08.006. Epub 2014 Aug 23.
- Lewis GN, Signal N, Taylor D. Reliability of lower limb motor evoked potentials in stroke and healthy populations: how many responses are needed? Clin Neurophysiol. 2014 Apr;125(4):748-754. doi: 10.1016/j.clinph.2013.07.029. Epub 2013 Oct 5.
- Muller-Dahlhaus F, Ziemann U. Metaplasticity in human cortex. Neuroscientist. 2015 Apr;21(2):185-202. doi: 10.1177/1073858414526645. Epub 2014 Mar 11.
- Ridding MC, Ziemann U. Determinants of the induction of cortical plasticity by non-invasive brain stimulation in healthy subjects. J Physiol. 2010 Jul 1;588(Pt 13):2291-304. doi: 10.1113/jphysiol.2010.190314. Epub 2010 May 17.
- Robertson D, Wade D, Workman R, Woosley RL, Oates JA. Tolerance to the humoral and hemodynamic effects of caffeine in man. J Clin Invest. 1981 Apr;67(4):1111-7. doi: 10.1172/jci110124.
Opintojen ennätyspäivät
Nämä päivämäärät seuraavat ClinicalTrials.gov-sivustolle lähetettyjen tutkimustietueiden ja yhteenvetojen edistymistä. National Library of Medicine (NLM) tarkistaa tutkimustiedot ja raportoidut tulokset varmistaakseen, että ne täyttävät tietyt laadunvalvontastandardit, ennen kuin ne julkaistaan julkisella verkkosivustolla.
Opi tärkeimmät päivämäärät
Opiskelun aloitus (TODELLINEN)
Maanantai 15. heinäkuuta 2019
Ensisijainen valmistuminen (TODELLINEN)
Tiistai 19. marraskuuta 2019
Opintojen valmistuminen (TODELLINEN)
Tiistai 19. marraskuuta 2019
Opintoihin ilmoittautumispäivät
Ensimmäinen lähetetty
Tiistai 21. toukokuuta 2019
Ensimmäinen toimitettu, joka täytti QC-kriteerit
Perjantai 5. heinäkuuta 2019
Ensimmäinen Lähetetty (TODELLINEN)
Maanantai 8. heinäkuuta 2019
Tutkimustietojen päivitykset
Viimeisin päivitys julkaistu (TODELLINEN)
Perjantai 29. marraskuuta 2019
Viimeisin lähetetty päivitys, joka täytti QC-kriteerit
Keskiviikko 27. marraskuuta 2019
Viimeksi vahvistettu
Perjantai 1. marraskuuta 2019
Lisää tietoa
Tähän tutkimukseen liittyvät termit
Muita asiaankuuluvia MeSH-ehtoja
Muut tutkimustunnusnumerot
- 33/3/19
Yksittäisten osallistujien tietojen suunnitelma (IPD)
Aiotko jakaa yksittäisten osallistujien tietoja (IPD)?
EI
Lääke- ja laitetiedot, tutkimusasiakirjat
Tutkii yhdysvaltalaista FDA sääntelemää lääkevalmistetta
Ei
Tutkii yhdysvaltalaista FDA sääntelemää laitetuotetta
Ei
Nämä tiedot haettiin suoraan verkkosivustolta clinicaltrials.gov ilman muutoksia. Jos sinulla on pyyntöjä muuttaa, poistaa tai päivittää tutkimustietojasi, ota yhteyttä register@clinicaltrials.gov. Heti kun muutos on otettu käyttöön osoitteessa clinicaltrials.gov, se päivitetään automaattisesti myös verkkosivustollemme .