Kofeiinin vaikutukset oppimisen vahvistamiseen terveillä aikuisilla PET/MRI:tä käyttävillä (Caffeine-RAC)
Mittaa striataalisten adenosiini-dopamiinireseptorien vuorovaikutuksia: molekyylistä käyttäytymiseen
Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää, vaikuttaako kofeiinin saanti oppimisprosessiin ja miten se palkitsemispalautteen avulla verrattuna lumelääkkeeseen. Tästä tutkimuksesta saadut tiedot parantaisivat ymmärrystämme kofeiinin saannin seurauksista ja mekanismeista oppimisprosessin näkökulmasta.
Osallistujat suorittavat vahvistusoppimistehtävän (esim. Todennäköisyyspohjainen valintatehtävä) ja motorinen estotehtävä (ts. Go/NoGo-tehtävä) aivoskannauksessa. Skannaus tehdään Siemens Biograph mMR positroniemissiotomografia (PET)/magneettikuvaus (MRI) 3 Tesla skannerilla. PET:n avulla voimme nähdä muutokset "palkintosignaaleissa" - dopamiinissa - aivoissa käyttämällä radioaktiivista väriainetta nimeltä [11C]raklopridi. MRI taas antaa meille mahdollisuuden ottaa yksityiskohtaisia kuvia aivojen toiminnasta kognitiivisten tehtävien aikana käyttämällä suuritehoista magneettia. Näiden kuvien tarkasteleminen auttaa meitä ymmärtämään kofeiinin vaikutuksen palkintosignaaleihin ja aivojen toimintaan oppimisprosessin aikana.
Tutkimuksen yleiskatsaus
Tila
Interventio / Hoito
Yksityiskohtainen kuvaus
Adenosiini 2A -reseptorit (A2AR) kolokalisoituvat dopamiini D2 -reseptorien (D2R) kanssa ja aiheuttavat allosteerista antagonismia niille muodostamalla yhdessä funktionaalisia heterodimeerejä striatumissa. Alustavat tutkimukset, joissa käytettiin positroniemissiotomografiaa (PET) [11C]raklopridin kanssa, ovat osoittaneet D2/D3R:n saatavuuden lisääntyneen kofeiinin A2AR-antagonismin vuoksi ja vähentyneen D2/D3R:n saatavuuden lisääntyneen adenosiinisignaalin ansiosta univajeen aikana, mikä tukee käsitystä A2AR-D2R-vuorovaikutuksista in vivo . Kuitenkin, kuinka A2AR-D2R-vuorovaikutukset vaikuttavat D2R-välitteisiin neurokognitiivisiin toimintoihin, on tuskin tutkittu.
Vahvistusoppiminen, dopamiinivälitteinen kognitiivinen prosessi, joka liittyy ratkaisevasti erilaisiin ihmisten käyttäytymismalleihin, mukaan lukien tottumuksiin, mieltymyksiin, uskomuksiin ja muutosresistanssiin, on usein muuttunut dopamiiniin liittyvissä häiriöissä. Esimerkiksi psykoosissa havaittu aivojuovion hyperdopaminerginen toiminta johtaa palkitsemisoppimisen vähenemiseen ja tehtävään liittyvään hermotoiminnan tylsyyteen. A2AR:n D2R-signalointiin kohdistuvan antagonistisen vaikutuksen ansiosta A2AR:n estäminen voi mahdollisesti tehostaa D2R-välitteistä negatiivista vahvistusta, eli "no-go" -vastetta. Jyrsijöillä A2AR-agonistit vähentävät psykostimulanttien vahvistumista, kun taas A2AR-antagonisti voi helpottaa vahvistimien palkitsevaa vaikutusta. Tästä syystä tässä kaksoissokkoutetussa satunnaistetussa crossover-tutkimuksessa pyrimme käyttämään kofeiinia, adenosiinin antagonistia sekä yleisesti käyttämää psykostimulanttia, jota lähes 80 % maailman väestöstä käyttää tutkiaksemme, parantaako A2AR:n estäminen D2R-moduloitua vahvistusta oppimista/ei -Toimi vasteet moduloivan D2R-signaloinnin kautta farmakologisesti.
Tämän tutkimuksen pitkän aikavälin tavoitteena on syventää ymmärrystä A2AR-D2R-heterodimeereihin liittyvistä molekyylimekanismeista ja A2AR-D2R-vuorovaikutusten modulointimahdollisuuksista. Kaksitoista nuorta tervettä tupakoimatonta ilmoittautuu tähän tutkimukseen. Jokainen osallistuja saa kofeiini- ja lumelääkkeen. Jokaisessa tilassa osallistujat käyvät ensin läpi 6 päivän ambulatorisen huuhtoutumisjakson, jossa osallistujia pyydetään pidättäytymään kofeiinipitoisesta ruokavaliosta, alkoholista ja huumeista sekä pysymään normaalissa nukkumaanmeno- ja herätysajassa. Päivänä 7 PET/fMRI-skannaus tehdään puolenpäivän aikaan, ja kofeiini- tai lumetabletti annetaan suun kautta 20 minuuttia ennen skannausta.
Samanaikaista PET/fMRI-tutkimusta käytetään neurokemiallisten muutosten (eli [11C]raklopridilla kvantifioitu D2/D3R-saatavuus) ja hemodynaamisten vasteiden (eli tehtävään liittyvän veren happitasosta riippuvan fMRI-aktiivisuuden) välisen yhteyden tutkimiseen vahvistamisen aikana. oppiminen kofeiinitilassa verrattuna lumelääkkeeseen. Oletetaan, että parantunut D2/D3R-saatavuus välittää kofeiinin helpottavaa vaikutusta oppimisen vahvistamiseen. Erityisesti odotamme, että kofeiini tehostaa fMRI-vasteita palkkioihin liittyvillä aivojen alueilla ja että lisääntynyt fMRI-vaste korreloi positiivisesti D2/D3R-saatavuuden muutokseen.
Opintotyyppi
Ilmoittautuminen (Arvioitu)
Vaihe
- Vaihe 4
Yhteystiedot ja paikat
Opiskeluyhteys
- Nimi: Hsiao-Ying Wey, PhD
- Puhelinnumero: 6177241384
- Sähköposti: hsiaoying.wey@mgh.harvard.edu
Opiskelupaikat
-
-
Massachusetts
-
Charlestown, Massachusetts, Yhdysvallat, 02129
- Rekrytointi
- Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging
-
Ottaa yhteyttä:
- Hsiao-Ying Wey, PhD
- Puhelinnumero: 617-724-1384
- Sähköposti: hsiaoying.wey@mgh.harvard.edu
-
Ottaa yhteyttä:
- Sähköposti: hsiaoying.wey@mgh.harvard.edu
-
Ottaa yhteyttä:
- Hsiao-Ying Wey, PhD
-
Ottaa yhteyttä:
- Yu-Shiuan Lin, PhD
-
-
Osallistumiskriteerit
Kelpoisuusvaatimukset
Opintokelpoiset iät
- Aikuinen
Hyväksyy terveitä vapaaehtoisia
Kuvaus
Sisällön kriteerit:
- Ikä ≥ 18 ja ≤ 45.
- Tavanomainen kofeiinin saanti ≥ 100 mg ja ≤ 450 mg päivässä.
- Tupakoimattomat.
- Kliinisesti terve.
- Näkö on normaali tai korjattu normaaliksi.
Poissulkemiskriteerit:
- Raskaana oleville tai imettäville naisille.
- Naiset, jotka käyttävät hormonaalista ehkäisyä.
- BMI < 18,5 tai > 29,9
- Unihäiriö tai äärimmäinen kronotyyppi.
- Virtsatesti positiivinen jollekin seuraavista aineista: bentsoyyliekgoniini, morfiini, d-metamfetamiini, d-amfetamiini, bentsodiatsepiinit, sekobarbitaali, metadoni, buprenorfiiniglukuronidi, nortriptyliini, MDMA, oksikodoni, PCP, propoksifeeni/THC ja
- Masennuksen, ahdistuneisuuden, psykoosin tai neurologisten häiriöiden diagnoosi viimeisen 5 vuoden aikana.
- Sydän- tai sydän- ja verisuonisairaudet.
- Diabetes tai muut aineenvaihduntasairaudet.
- Kroonisten lääkkeiden alla, esimerkiksi kipulääke ja steroidi.
- Allergia laktoosille (nollakontrolliannoksen pääainesosa)
- Ei kykene suorittamaan tehtäviä tai ymmärtämään englanninkielistä opiskelutietoa.
Yleiset MRI- ja PET-turvallisuuskriteerit kaikille koehenkilöille:
- Metalliset vieraat esineet, kuten sydämentahdistimet, perfuusiopumput, aneurysmaklipsit, metalliset tatuoinnit kaikkialla kehossa, tatuoinnit silmän lähellä.
- Aiemmin olemassa olevat sairaudet, mukaan lukien kouristuskohtausten tai klaustrofobisten reaktioiden kehittymisen todennäköisyys
- Kyvyttömyys olla makuuasennossa skannerin sängyllä noin 90 minuutin ajan fyysisen tarkastuksen ja sairaushistorian perusteella (esim. niveltulehdus)
- Äskettäinen altistuminen säteilylle (eli muiden tutkimusten PET:lle), joka yhdistettynä tähän tutkimukseen ylittäisi sallitut rajat
- Raskaus tai imetys: Negatiivinen seerumin tai virtsan raskaustesti vaaditaan PET-toimenpiteen päivänä
- Kehon paino > 300 paunaa (magneettikuvauslaitteen taulukon painoraja)
Opintosuunnitelma
Miten tutkimus on suunniteltu?
Suunnittelun yksityiskohdat
- Ensisijainen käyttötarkoitus: Perustiede
- Jako: Satunnaistettu
- Inventiomalli: Crossover-tehtävä
- Naamiointi: Kolminkertaistaa
Aseet ja interventiot
Osallistujaryhmä / Arm |
Interventio / Hoito |
|---|---|
|
Kokeellinen: Kofeiini
Kofeiinitabletti, 200 mg
|
Kofeiinia (200 mg) annetaan suun kautta 20 minuuttia ennen PET/fMRI-tietojen keräämistä.
|
|
Placebo Comparator: Plasebo
Laktoosi tabletti
|
Laktoositabletti annetaan suun kautta 20 minuuttia ennen PET/fMRI-tietojen keräämistä.
Muut nimet:
|
Mitä tutkimuksessa mitataan?
Ensisijaiset tulostoimenpiteet
Tulosmittaus |
Toimenpiteen kuvaus |
Aikaikkuna |
|---|---|---|
|
Dopamiini D2/D3 -reseptorin saatavuus
Aikaikkuna: PET/fMRI-skannauksen aikana tutkimuspäivänä
|
Dopamiini D2/D3 -reseptorin saatavuus mitataan ja indeksoidaan [11C]raklopridin syrjäyttämättömällä sitoutumispotentiaalilla (BPND).
|
PET/fMRI-skannauksen aikana tutkimuspäivänä
|
|
Kofeiinin vaikutukset vahvistavaan oppimiseen arvioituna todennäköisyyspohjaisella valintatehtävällä (PST) fMRI:ssä
Aikaikkuna: PET/fMRI-skannauksen aikana tutkimuspäivänä
|
Vahvistettua oppimista ja siihen liittyvää aivotoimintaa mitataan PST:llä fMRI-skannauksessa.
Vahvistusoppimista indeksoi tehtävän suorittamisen tarkkuus käyttäytymistasolla ja hemodynaaminen vaste palkita palautetta hermotasolla.
|
PET/fMRI-skannauksen aikana tutkimuspäivänä
|
Toissijaiset tulostoimenpiteet
Tulosmittaus |
Toimenpiteen kuvaus |
Aikaikkuna |
|---|---|---|
|
Kofeiinin vaikutukset motoriseen estoon arvioituna Go/NoGo-tehtävällä fMRI:ssä
Aikaikkuna: PET/fMRI-skannauksen aikana tutkimuspäivänä
|
Motorinen esto ja siihen liittyvä aivotoiminta tutkitaan Go/NoGo:lla fMRI-skannauksessa.
Vahvistusoppimista indeksoi tehtävän suorittamisen tarkkuus käyttäytymistasolla ja hemodynaaminen vaste motoristen reaktioiden eston aikana hermotasolla.
|
PET/fMRI-skannauksen aikana tutkimuspäivänä
|
|
Kofeiinin vaikutukset näkyvyyteen mitattuna Salience Attribution Test (SAT) -testillä
Aikaikkuna: PET/fMRI-skannauksen jälkeen tutkimuspäivänä
|
Osallistujien kyky palkita todennäköisyyspohjaiseen valintatehtävään liittyviä ärsykkeitä arvioidaan huomioitumistestillä.
Tehtävässä osallistujat käyttävät visuaalista analogista asteikkoa osoittamaan arvionsa kunkin tehtävässä skannauksen aikana oppimansa ärsykkeen palkitsemisen todennäköisyydestä (0–100 %).
Merkittävyyden ilmaisee niiden estimaatin ja todellisen todennäköisyyden välinen ero sekä suuren ja pienen todennäköisyyden välinen kontrasti estimaatissa ja todellisuudessa.
|
PET/fMRI-skannauksen jälkeen tutkimuspäivänä
|
Muut tulostoimenpiteet
Tulosmittaus |
Toimenpiteen kuvaus |
Aikaikkuna |
|---|---|---|
|
Kofeiinin vaikutukset subjektiiviseen uneliaisuuteen mitattuna Karolinska Sleepiness Scale -asteikolla (KSS)
Aikaikkuna: PET/fMRI-skannauksen jälkeen tutkimuspäivänä
|
KSS on 10 pisteen kalenteri, jossa 1 vastaa erittäin valppautta ja 10 äärimmäistä uneliaisuutta.
Asteikko mittaa osallistujan uneliaisuutta, jota käytetään mahdollisena kovariaattina käyttäytymisanalyyseissä.
|
PET/fMRI-skannauksen jälkeen tutkimuspäivänä
|
|
Kofeiinin vaikutukset ahdistustasoihin mitattuna State-Trait Anxiety Inventory - aikuisversiolla (STAI-A)
Aikaikkuna: PET/fMRI-skannauksen jälkeen tutkimuspäivänä
|
STAI-A:n osa, joka arvioi ahdistustasoa vastaushetkellä, sisältää 20 väitettä, kuten "Tunnen oloni rauhalliseksi", "Olen jännittynyt" jne. Osallistujat vastaavat 4-pisteen asteikolla, tuntevatko he "ei" ollenkaan", "jossain määrin", "kohtalaisen niin" tai "erittäin" jokaiseen väitteeseen.
Tätä tulosmittausta käytetään mahdollisena kovariaattina käyttäytymisanalyyseissä.
|
PET/fMRI-skannauksen jälkeen tutkimuspäivänä
|
|
Kofeiinin vaikutukset aivojen verenkiertoon
Aikaikkuna: PET/fMRI-skannauksen aikana tutkimuspäivänä
|
Aivojen verenvirtaus mitataan käyttämällä MR-sekvenssiä, Arterial Spin Labeling, fMRI-kuvauksen aikana ja sitä käytetään kovariaattina fMRI-analyysissä.
Tätä tulosmittausta käytetään mahdollisena kovariaattina fMRI-analyyseissä kofeiinin verisuonia supistavien vaikutusten huomioimiseksi.
|
PET/fMRI-skannauksen aikana tutkimuspäivänä
|
|
Kofeiinin vaikutukset fMRI-aivojen yhteyksiin lepotilan aikana
Aikaikkuna: PET/fMRI-skannauksen aikana tutkimuspäivänä
|
Tutkimustuloksena lepotilan fMRI-sekvenssi haastaa oikeuteen sen selvittämiseksi, vaikuttaako kofeiinin saanti aivojen yhteyksiin.
|
PET/fMRI-skannauksen aikana tutkimuspäivänä
|
Yhteistyökumppanit ja tutkijat
Sponsori
Julkaisuja ja hyödyllisiä linkkejä
Yleiset julkaisut
- Bedingfield JB, King DA, Holloway FA. Cocaine and caffeine: conditioned place preference, locomotor activity, and additivity. Pharmacol Biochem Behav. 1998 Nov;61(3):291-6. doi: 10.1016/s0091-3057(98)00092-6.
- Moran EK, Culbreth AJ, Kandala S, Barch DM. From neuroimaging to daily functioning: A multimethod analysis of reward anticipation in people with schizophrenia. J Abnorm Psychol. 2019 Oct;128(7):723-734. doi: 10.1037/abn0000461. Epub 2019 Aug 29.
- Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Logan J, Wong C, Ma J, Pradhan K, Tomasi D, Thanos PK, Ferre S, Jayne M. Sleep deprivation decreases binding of [11C]raclopride to dopamine D2/D3 receptors in the human brain. J Neurosci. 2008 Aug 20;28(34):8454-61. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1443-08.2008.
- Kaasinen V, Aalto S, Nagren K, Rinne JO. Dopaminergic effects of caffeine in the human striatum and thalamus. Neuroreport. 2004 Feb 9;15(2):281-5. doi: 10.1097/00001756-200402090-00014.
- Volkow ND, Wang GJ, Logan J, Alexoff D, Fowler JS, Thanos PK, Wong C, Casado V, Ferre S, Tomasi D. Caffeine increases striatal dopamine D2/D3 receptor availability in the human brain. Transl Psychiatry. 2015 Apr 14;5(4):e549. doi: 10.1038/tp.2015.46.
- Ferre S, Bonaventura J, Tomasi D, Navarro G, Moreno E, Cortes A, Lluis C, Casado V, Volkow ND. Allosteric mechanisms within the adenosine A2A-dopamine D2 receptor heterotetramer. Neuropharmacology. 2016 May;104:154-60. doi: 10.1016/j.neuropharm.2015.05.028. Epub 2015 Jun 4.
Opintojen ennätyspäivät
Opi tärkeimmät päivämäärät
Opiskelun aloitus (Todellinen)
Ensisijainen valmistuminen (Arvioitu)
Opintojen valmistuminen (Arvioitu)
Opintoihin ilmoittautumispäivät
Ensimmäinen lähetetty
Ensimmäinen toimitettu, joka täytti QC-kriteerit
Ensimmäinen Lähetetty (Todellinen)
Tutkimustietojen päivitykset
Viimeisin päivitys julkaistu (Todellinen)
Viimeisin lähetetty päivitys, joka täytti QC-kriteerit
Viimeksi vahvistettu
Lisää tietoa
Tähän tutkimukseen liittyvät termit
Avainsanat
Muita asiaankuuluvia MeSH-ehtoja
Muut tutkimustunnusnumerot
- IRB2022P001681
- 1R21MH138923-01 (Yhdysvaltain NIH-apuraha/sopimus: NIMH)
Yksittäisten osallistujien tietojen suunnitelma (IPD)
Aiotko jakaa yksittäisten osallistujien tietoja (IPD)?
IPD-suunnitelman kuvaus
Käsittelemättömät aihetason tiedostot toimitetaan NIMH-tietoarkistoon (NDA). Näitä ovat [11C]Raclopriden PET-tiedot sekä käyttäytymis- ja fMRI-tiedot todennäköisyyspohjaisista valintatehtävistä ja Go/Nogo-tehtävistä. Muut käyttäytymistiedot, esim. Salience Attribution Tests, Karolinska Sleepiness Scale ja State-Trait Anxiety Inventory sekä fMRI-tiedot mm. Mukana ovat myös valtimoiden spin-merkintä ja lepotilan fMRI.
Asiaankuuluvat resurssit, kuten tietojen käsittelyyn ja analysointiin käytettävä koodi, asetetaan julkisesti saataville GitHubin kautta. Pääasiallinen readme.md Projektin tiedosto sisältää ohjeet ja parametrivalinnat koodien/komentosarjojen suorittamiseksi. Koodidokumentaatio sisältää ohjeet tietoihin pääsystä, yhteyshenkilön nimen ja sähköpostiosoitteen kysymyksiin sekä asiaankuuluvat viittaukset julkaisuihin. Pitkän aikavälin käytettävyyden varmistamiseksi kopio GitHub-koodivarastosta arkistoidaan Zenodoon julkaisuhetkellä digitaalisella objektitunnisteella (DOI).
IPD-jaon aikakehys
Lääke- ja laitetiedot, tutkimusasiakirjat
Tutkii yhdysvaltalaista FDA sääntelemää lääkevalmistetta
Tutkii yhdysvaltalaista FDA sääntelemää laitetuotetta
Yhdysvalloissa valmistettu ja sieltä viety tuote
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 .