PET/MRIを使用した健康な成人の強化学習に対するカフェインの影響 (Caffeine-RAC)
線条体のアデノシン - ドーパミン受容体の相互作用を測定: 分子から行動まで
この調査研究は、カフェイン摂取がプラセボと比較して、報酬フィードバックを通じて学習プロセスに影響を与えるかどうか、またどのように影響するかを判断することを目的としています。 この研究から得られたデータは、学習プロセスの側面におけるカフェイン摂取の影響とメカニズムについての理解を深めてくれるでしょう。
参加者は強化学習タスクを実行します（つまり、 確率的選択タスク）と運動抑制タスク（すなわち、 Go/NoGo タスク) の脳スキャン。 スキャンは、Siemens Biograph mMR 陽電子放出断層撮影 (PET)/磁気共鳴画像法 (MRI) 3 テスラ スキャナーで行われます。 PET では、[11C]ラクロプリドと呼ばれる放射性色素を使用して、脳内の「報酬信号」 - ドーパミン - の変化を見ることができます。 一方、MRI では、強力な磁石を使用して、認知作業中の脳活動の詳細な写真を撮影できます。 これらの写真を確認することは、学習プロセス中の報酬信号と脳活動に対するカフェインの影響を理解するのに役立ちます。
調査の概要
詳細な説明
アデノシン 2A 受容体 (A2AR) は、ドーパミン D2 受容体 (D2R) と共局在し、線条体で機能的なヘテロ二量体を共形成することによってドーパミン D2 受容体 (D2R) に対してアロステリック拮抗作用を発揮します。 [11C]ラクロプリドを用いた陽電子放射断層撮影法（PET）を用いた予備研究では、カフェインによるA2AR拮抗作用によりD2/D3R利用可能性が増加し、睡眠不足時のアデノシンシグナル伝達の強化によりD2/D3R利用可能性が減少することが示されており、生体内でのA2AR-D2R相互作用の概念が裏付けられています。 。 しかし、A2AR-D2R 相互作用が D2R を介した神経認知機能にどのように寄与するかについてはほとんど研究されていません。
強化学習は、習慣、好み、信念、変化への抵抗などの人間のさまざまな行動に決定的に関与するドーパミン媒介の認知プロセスであり、ドーパミン関連障害では変化が見られることがよくあります。 たとえば、精神病で観察される線条体のドーパミン作動性機能亢進は、報酬学習の減少や課題関連の神経活動の鈍化につながります。 D2R シグナル伝達に対する A2AR の拮抗作用により、A2AR をブロックすると、D2R を介した負の強化、別名「ノーゴー」反応が増強される可能性があります。 げっ歯類では、A2AR アゴニストは精神刺激薬の強化を減少させますが、A2AR アンタゴニストは強化因子の報酬探索効果を促進する可能性があります。 したがって、この二重盲検ランダム化クロスオーバー研究では、アデノシン拮抗薬であり、世界人口のほぼ 80% が一般的に使用している精神刺激薬であるカフェインを使用して、A2AR をブロックすると D2R 変調強化学習が強化されるかどうかを調べることを目的としています。 -go は、D2R シグナル伝達を薬理学的に調節することによって応答します。
この研究の長期的な目標は、A2AR-D2R ヘテロ二量体に関連する分子機構と、A2AR-D2R 相互作用を調節する臨床的可能性の理解をさらに進めることです。 12 人の健康な非喫煙者の若者がこの研究に登録します。 各参加者はカフェインとプラセボの状態を経験します。 各条件において、参加者はまず6日間の外来休薬期間を経て、カフェイン入りの食事、アルコール、薬物の摂取を控え、通常の就寝・起床時間にとどまるよう求められます。 7日目には、PET/fMRIスキャンが正午に行われ、スキャンの20分前にカフェインまたはプラセボ錠剤が経口投与されます。
同時 PET/fMRI は、強化中の神経化学的変化 (すなわち、[11C] ラクロプリドによって定量化される D2/D3R 利用可能性) と血行力学的反応 (すなわち、課題に関連した血中酸素レベル依存の fMRI 活動) との関連を調べるために使用されます。プラセボと比較したカフェイン条件での学習。 D2/D3R の利用可能性の向上が、強化学習に対するカフェインの促進効果を媒介すると仮説が立てられています。 具体的には、カフェインが報酬に関連する脳領域の fMRI 応答を強化し、fMRI 応答の増加が D2/D3R 利用可能性の変化と正の相関があると予想されます。
研究の種類
入学 (推定)
段階
- フェーズ 4
連絡先と場所
研究連絡先
- 名前：Hsiao-Ying Wey, PhD
- 電話番号：6177241384
- メール：hsiaoying.wey@mgh.harvard.edu
研究場所
-
-
Massachusetts
-
Charlestown、Massachusetts、アメリカ、02129
- 募集
- Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging
-
コンタクト：
- Hsiao-Ying Wey, PhD
- 電話番号：617-724-1384
- メール：hsiaoying.wey@mgh.harvard.edu
-
コンタクト：
-
コンタクト：
- Hsiao-Ying Wey, PhD
-
コンタクト：
- Yu-Shiuan Lin, PhD
-
-
参加基準
適格基準
就学可能な年齢
- 大人
健康ボランティアの受け入れ
説明
包含基準:
- 年齢 18 歳以上 45 歳以下。
- 習慣的なカフェイン摂取量が1日あたり100 mg以上、450 mg以下。
- 非喫煙者。
- 臨床的には健康です。
- 正常な視力がある、または正常な視力に矯正されている。
除外基準:
- 妊娠中または授乳中の女性。
- ホルモン避妊薬を使用している女性。
- BMI < 18.5 または > 29.9
- 睡眠障害または極度のクロノタイプ。
- 以下の物質のいずれかに対する尿検査陽性: ベンゾイルエクゴニン、モルヒネ、d-メタンフェタミン、d-アンフェタミン、ベンゾジアゼピン、セコバルビタール、メサドン、ブプレノルフィン グルクロニド、ノルトリプチリン、MDMA、オキシコドン、PCP、プロポキシフェン、および大麻/THC
- 過去5年間にうつ病、不安症、精神病、または神経障害と診断されている。
- 心臓または心血管疾患。
- 糖尿病またはその他の代謝性疾患。
- 鎮痛剤やステロイドなどの慢性投薬下。
- 乳糖に対するアレルギー（ブランク対照用量の主成分）
- 英語でのタスクの操作や学習情報の理解ができない。
すべての被験者に対する一般的な MRI および PET の安全性除外基準:
- 心臓ペースメーカー、灌流ポンプ、動脈瘤クリップなどの金属異物、体のどこかにある金属製のタトゥー、目の近くのタトゥー。
- 発作または閉所恐怖症反応を発症する可能性を含む既存の病状
- 身体検査と病歴（例： 関節炎）
- 最近の放射線被ばく（他の研究研究による PET）で、この研究と組み合わせると許容限度を超える可能性がある
- 妊娠中または授乳中: PET検査当日は血清または尿の妊娠検査が陰性であることが必要です。
- 体重 > 300 ポンド (MRI スキャナー テーブルの重量制限)
研究計画
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：基礎科学
- 割り当て：ランダム化
- 介入モデル：クロスオーバー割り当て
- マスキング：トリプル
武器と介入
参加者グループ / アーム |
介入・治療 |
|---|---|
|
実験的：カフェイン
カフェインタブレット、200mg
|
PET/fMRIデータ取得の20分前にカフェイン(200mg)を経口投与する。
|
|
プラセボコンパレーター：プラセボ
乳糖錠剤
|
乳糖錠剤は、PET/fMRI データ取得の 20 分前に経口投与されます。
他の名前：
|
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 |
メジャーの説明 |
時間枠 |
|---|---|---|
|
ドーパミン D2/D3 受容体の利用可能性
時間枠：研究日の PET/fMRI スキャン中
|
ドーパミン D2/D3 受容体の利用可能性は、[11C]ラクロプリド非置換結合電位 (BPND) によって測定され、指標化されます。
|
研究日の PET/fMRI スキャン中
|
|
FMRI における確率的選択タスク (PST) によって評価された強化学習に対するカフェインの影響
時間枠：研究日の PET/fMRI スキャン中
|
強化学習とそれに関連する脳活動は、fMRI スキャンの PST を使用して測定されます。
強化学習は、行動レベルでのタスク実行の精度と、神経レベルでの報酬フィードバックに対する血行力学的反応によって指標付けされます。
|
研究日の PET/fMRI スキャン中
|
二次結果の測定
結果測定 |
メジャーの説明 |
時間枠 |
|---|---|---|
|
FMRI の Go/NoGo タスクによって評価された運動抑制に対するカフェインの影響
時間枠：研究日の PET/fMRI スキャン中
|
運動抑制とそれに関連する脳活動は、fMRI スキャンの Go/NoGo を使用して検査されます。
強化学習は、行動レベルでのタスク実行の精度と、神経レベルでの運動反応抑制中の血行力学的反応によって指標付けされます。
|
研究日の PET/fMRI スキャン中
|
|
顕著性帰属テスト (SAT) によって測定された顕著性に対するカフェインの影響
時間枠：研究当日のPET/fMRIスキャン後
|
確率的選択タスクに関連付けられた報酬刺激に対する参加者の顕著性は、顕著性帰属テストを使用して評価されます。
このタスクでは、参加者は視覚的なアナログ スケールを使用して、スキャン中にタスクで学習した各刺激の報酬確率 (0 ～ 100%) の推定値を示します。
顕著性は、推定値と実際の確率の差、および推定値と実際の確率の高低のコントラストによって示されます。
|
研究当日のPET/fMRIスキャン後
|
その他の成果指標
結果測定 |
メジャーの説明 |
時間枠 |
|---|---|---|
|
カロリンスカ眠気スケール (KSS) で測定した主観的眠気に対するカフェインの影響
時間枠：研究当日のPET/fMRIスキャン後
|
KSS は 10 段階評価で、1 は極度の覚醒に相当し、10 は極度の眠気に相当します。
このスケールは参加者の眠気状態を測定するもので、行動分析で潜在的な共変量として使用されます。
|
研究当日のPET/fMRIスキャン後
|
|
状態特性不安インベントリ - 成人版 (STAI-A) によって測定された不安レベルに対するカフェインの影響
時間枠：研究当日のPET/fMRIスキャン後
|
STAI-Aでは、回答した瞬間の不安度を評価する項目として、「落ち着いている」「緊張している」など20項目を回答し、「不安」と感じているかどうかを4段階で回答します。それぞれの発言に対して、「全くそう」、「ややそう」、「まあまあそう」、または「非常にそう」。
この結果の測定は、行動分析における潜在的な共変量として使用されます。
|
研究当日のPET/fMRIスキャン後
|
|
カフェインが脳血流に及ぼす影響
時間枠：研究日の PET/fMRI スキャン中
|
脳血流は、fMRI 取得中に MR シーケンスである Arterial Spin Labeling を使用して測定され、fMRI 解析の共変量として使用されます。
この結果の測定値は、カフェインの血管収縮効果の影響を説明するために、fMRI 分析における潜在的な共変量として使用されます。
|
研究日の PET/fMRI スキャン中
|
|
安静時のfMRI脳接続に対するカフェインの影響
時間枠：研究日の PET/fMRI スキャン中
|
探索的結果として、カフェイン摂取が脳の接続に影響を与えるかどうかを調べるために、安静状態の fMRI シーケンスが使用されます。
|
研究日の PET/fMRI スキャン中
|
協力者と研究者
スポンサー
出版物と役立つリンク
一般刊行物
- 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.
研究記録日
主要日程の研究
研究開始 (実際)
一次修了 (推定)
研究の完了 (推定)
試験登録日
最初に提出
QC基準を満たした最初の提出物
最初の投稿 (実際)
学習記録の更新
投稿された最後の更新 (実際)
QC基準を満たした最後の更新が送信されました
最終確認日
詳しくは
本研究に関する用語
キーワード
追加の関連 MeSH 用語
その他の研究ID番号
- IRB2022P001681
- 1R21MH138923-01 (米国 NIH グラント/契約：NIMH)
個々の参加者データ (IPD) の計画
個々の参加者データ (IPD) を共有する予定はありますか?
IPD プランの説明
生の被験者レベルのデータ ファイルは、NIMH データ アーカイブ (NDA) に送信されます。 これらには、[11C]Raclopride PET データ、確率的選択タスクおよび Go/Nogo タスクからの行動および fMRI データが含まれます。 その他の行動データ 例: 顕著性帰属テスト、カロリンスカ眠気スケール、状態特性不安インベントリ、および fMRI データ（例: 動脈スピンラベリングと安静状態の fMRI も含まれます。
データ処理や分析に使用されるコードなどの関連リソースは、GitHub を通じて公開されます。 メインの readme.md プロジェクトのファイルには、コード/スクリプトを実行するための指示とパラメーターの選択が含まれます。 コードのドキュメントには、データへのアクセス方法、質問の連絡先担当者の名前と電子メール アドレス、出版物への関連参照情報が含まれます。 長期的なアクセシビリティを確保するために、GitHub コード リポジトリのコピーは、公開時にデジタル オブジェクト識別子 (DOI) とともに Zenodo にアーカイブされます。
IPD 共有時間枠
医薬品およびデバイス情報、研究文書
米国FDA規制医薬品の研究
米国FDA規制機器製品の研究
米国で製造され、米国から輸出された製品。
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。