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Control Systems Approach to Predicting Individualized Dynamics of Nicotine Cravings

2017年6月29日 更新者: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.

調査の概要

詳細な説明

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.

研究の種類

介入

入学 (実際)

23

段階

  • 適用できない

連絡先と場所

このセクションには、調査を実施する担当者の連絡先の詳細と、この調査が実施されている場所に関する情報が記載されています。

研究場所

    • New York
      • Stony Brook、New York、アメリカ、11794
        • Bioengineering Building , Stony Brook University

参加基準

研究者は、適格基準と呼ばれる特定の説明に適合する人を探します。これらの基準のいくつかの例は、人の一般的な健康状態または以前の治療です。

適格基準

就学可能な年齢

21年~65年 (大人、高齢者)

健康ボランティアの受け入れ

はい

受講資格のある性別

全て

説明

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

研究計画

このセクションでは、研究がどのように設計され、研究が何を測定しているかなど、研究計画の詳細を提供します。

研究はどのように設計されていますか?

デザインの詳細

  • 主な目的:診断
  • 割り当て:なし
  • 介入モデル:単一グループの割り当て
  • マスキング:なし(オープンラベル)

武器と介入

参加者グループ / アーム
介入・治療
実験的:Nicotine Cravings
他の名前:
  • ニコトロールNS

この研究は何を測定していますか?

主要な結果の測定

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

協力者と研究者

ここでは、この調査に関係する人々や組織を見つけることができます。

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捜査官

  • 主任研究者:Lilianne Mujica-Parodi, PhD、Stony Brook University

出版物と役立つリンク

研究に関する情報を入力する責任者は、自発的にこれらの出版物を提供します。これらは、研究に関連するあらゆるものに関するものである可能性があります。

研究記録日

これらの日付は、ClinicalTrials.gov への研究記録と要約結果の提出の進捗状況を追跡します。研究記録と報告された結果は、国立医学図書館 (NLM) によって審査され、公開 Web サイトに掲載される前に、特定の品質管理基準を満たしていることが確認されます。

主要日程の研究

研究開始

2015年9月1日

一次修了 (実際)

2017年6月1日

研究の完了 (予想される)

2017年12月1日

試験登録日

最初に提出

2015年11月24日

QC基準を満たした最初の提出物

2015年12月28日

最初の投稿 (見積もり)

2015年12月31日

学習記録の更新

投稿された最後の更新 (実際)

2017年7月2日

QC基準を満たした最後の更新が送信されました

2017年6月29日

最終確認日

2017年6月1日

詳しくは

この情報は、Web サイト clinicaltrials.gov から変更なしで直接取得したものです。研究の詳細を変更、削除、または更新するリクエストがある場合は、register@clinicaltrials.gov。 までご連絡ください。 clinicaltrials.gov に変更が加えられるとすぐに、ウェブサイトでも自動的に更新されます。

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