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Control Systems Approach to Predicting Individualized Dynamics of Nicotine Cravings

29 giugno 2017 aggiornato da: 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.

Panoramica dello studio

Descrizione dettagliata

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.

Tipo di studio

Interventistico

Iscrizione (Effettivo)

23

Fase

  • Non applicabile

Contatti e Sedi

Questa sezione fornisce i recapiti di coloro che conducono lo studio e informazioni su dove viene condotto lo studio.

Luoghi di studio

    • New York
      • Stony Brook, New York, Stati Uniti, 11794
        • Bioengineering Building , Stony Brook University

Criteri di partecipazione

I ricercatori cercano persone che corrispondano a una certa descrizione, chiamata criteri di ammissibilità. Alcuni esempi di questi criteri sono le condizioni generali di salute di una persona o trattamenti precedenti.

Criteri di ammissibilità

Età idonea allo studio

Da 21 anni a 65 anni (Adulto, Adulto più anziano)

Accetta volontari sani

Sessi ammissibili allo studio

Tutto

Descrizione

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

Piano di studio

Questa sezione fornisce i dettagli del piano di studio, compreso il modo in cui lo studio è progettato e ciò che lo studio sta misurando.

Come è strutturato lo studio?

Dettagli di progettazione

  • Scopo principale: Diagnostico
  • Assegnazione: N / A
  • Modello interventistico: Assegnazione di gruppo singolo
  • Mascheramento: Nessuno (etichetta aperta)

Armi e interventi

Gruppo di partecipanti / Arm
Intervento / Trattamento
Sperimentale: Nicotine Cravings
Altri nomi:
  • Nicotrol NS

Cosa sta misurando lo studio?

Misure di risultato primarie

Misura del risultato
Lasso di tempo
Autonomic nervous system activity will be measured by analysis of heart rate variability and electric dermal activity alongside a 0-10 craving scale.
Lasso di tempo: through study completion, an average of 1 year
through study completion, an average of 1 year

Collaboratori e investigatori

Qui è dove troverai le persone e le organizzazioni coinvolte in questo studio.

Investigatori

  • Investigatore principale: Lilianne Mujica-Parodi, PhD, Stony Brook University

Pubblicazioni e link utili

La persona responsabile dell'inserimento delle informazioni sullo studio fornisce volontariamente queste pubblicazioni. Questi possono riguardare qualsiasi cosa relativa allo studio.

Studiare le date dei record

Queste date tengono traccia dell'avanzamento della registrazione dello studio e dell'invio dei risultati di sintesi a ClinicalTrials.gov. I record degli studi e i risultati riportati vengono esaminati dalla National Library of Medicine (NLM) per assicurarsi che soddisfino specifici standard di controllo della qualità prima di essere pubblicati sul sito Web pubblico.

Studia le date principali

Inizio studio

1 settembre 2015

Completamento primario (Effettivo)

1 giugno 2017

Completamento dello studio (Anticipato)

1 dicembre 2017

Date di iscrizione allo studio

Primo inviato

24 novembre 2015

Primo inviato che soddisfa i criteri di controllo qualità

28 dicembre 2015

Primo Inserito (Stima)

31 dicembre 2015

Aggiornamenti dei record di studio

Ultimo aggiornamento pubblicato (Effettivo)

2 luglio 2017

Ultimo aggiornamento inviato che soddisfa i criteri QC

29 giugno 2017

Ultimo verificato

1 giugno 2017

Maggiori informazioni

Queste informazioni sono state recuperate direttamente dal sito web clinicaltrials.gov senza alcuna modifica. In caso di richieste di modifica, rimozione o aggiornamento dei dettagli dello studio, contattare register@clinicaltrials.gov. Non appena verrà implementata una modifica su clinicaltrials.gov, questa verrà aggiornata automaticamente anche sul nostro sito web .

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