Effekter av koffein på forsterkende læring hos friske voksne som bruker PET/MRI (Caffeine-RAC)
Mål striatale adenosin-dopaminreseptorinteraksjoner: fra molekyl til atferd
Denne forskningsstudien tar sikte på å finne ut om og hvordan koffeininntak påvirker læringsprosessen gjennom tilbakemeldinger om belønning sammenlignet med placebo. Dataene innhentet fra denne studien vil forbedre vår forståelse av konsekvensen og mekanismen for koffeininntak i aspektet av læringsprosessen.
Deltakerne skal utføre en forsterkende læringsoppgave (dvs. Probabilistic Selection Task) og en motorisk hemmingsoppgave (dvs. Go/NoGo-oppgave) i en hjerneskanning. Skanningen vil bli utført med Siemens Biograph mMR positronemisjonstomografi (PET)/magnetisk resonansavbildning (MRI) 3 Tesla-skanner. PET lar oss se endringene i "belønningssignalene" - dopamin - i hjernen ved å bruke et radioaktivt fargestoff kalt [11C]Raclopride. MR, derimot, gjør oss i stand til å ta detaljerte bilder av hjerneaktivitetene under kognitive oppgaver ved hjelp av en kraftig magnet. Gjennomgang av disse bildene vil hjelpe oss å forstå innflytelsen av koffein på belønningssignaler og hjerneaktiviteter under læringsprosessen.
Studieoversikt
Status
Intervensjon / Behandling
Detaljert beskrivelse
Adenosin 2A-reseptorer (A2AR) kolokaliseres med og utøver allosterisk antagonisme til dopamin D2-reseptorer (D2R) ved å samdanne funksjonelle heterodimerer i striatum. Foreløpige studier med positronemisjonstomografi (PET) med [11C]Raclopride har vist økt D2/D3R-tilgjengelighet ved A2AR-antagonisme med koffein og redusert D2/D3R-tilgjengelighet ved forbedret adenosinsignalering under søvnmangel, noe som støtter forestillingen om A2AR-D2R-interaksjoner in vivo . Hvordan A2AR-D2R-interaksjoner bidrar til D2R-medierte nevrokognitive funksjoner er imidlertid knapt undersøkt.
Forsterkende læring, en dopamin-mediert kognitiv prosess som er avgjørende involvert i ulike menneskelige atferd, inkludert vaner, preferanse, tro og motstand mot endring, er ofte funnet endret i dopamin-assosierte lidelser. For eksempel fører hyperdopaminerg funksjon i striatum, som observert ved psykose, til en reduksjon i belønningslæring og en avstumpet oppgaverelatert nevral aktivitet. Gjennom den antagonistiske effekten av A2AR på D2R-signalering, kan blokkering av A2AR potensielt forbedre D2R-mediert negativ forsterkning, også kjent som en "no-go"-respons. Hos gnagere reduserer A2AR-agonister forsterkning av psykostimulanter, mens en A2AR-antagonist kan lette belønningssøkende effekter av forsterkere. Derfor, i denne dobbeltblinde randomiserte crossover-studien, tar vi sikte på å bruke koffein, en adenosinantagonist så vel som en vanlig brukt psykostimulant av nesten 80 % av den verdensomspennende befolkningen, for å undersøke om blokkering av A2AR vil forbedre D2R-modulert forsterkningslæring/nei -go-responser gjennom å modulere D2R-signalering farmakologisk.
Det langsiktige målet med denne studien er å fremme forståelsen av molekylære mekanismer relatert til A2AR-D2R-heterodimerer og det kliniske potensialet til å modulere A2AR-D2R-interaksjoner. Tolv unge friske ikke-røykere vil melde seg på denne studien. Hver deltaker vil gjennomgå en koffein- og en placebotilstand. I hver tilstand vil deltakerne først gå gjennom en 6-dagers ambulerende utvaskingsperiode hvor deltakerne vil bli bedt om å avstå fra koffeinholdige kosthold, alkohol og narkotika, og holde seg i vanlig sengetid og våknetid. På dag 7 vil en PET/fMRI-skanning finne sted ved middagstid, og en koffein- eller placebotablett vil bli administrert oralt 20 minutter før skanningen.
Samtidig PET/fMRI vil bli brukt for å undersøke sammenhengen mellom de nevrokjemiske endringene (dvs. D2/D3R-tilgjengelighet som kvantifisert av [11C]Raclopride) og de hemodynamiske responsene (dvs. oppgaverelatert blodoksygennivåavhengig fMRI-aktivitet) under forsterkning læring i koffeintilstanden sammenlignet med placebo. Det antas at økt D2/D3R-tilgjengelighet medierer koffeins tilretteleggingseffekt på forsterkende læring. Spesifikt forventer vi at koffein vil forbedre fMRI-responser i belønningsrelaterte hjerneregioner, og at den økte fMRI-responsen vil positivt korrelere med en endring i D2/D3R-tilgjengelighet.
Studietype
Registrering (Antatt)
Fase
- Fase 4
Kontakter og plasseringer
Studiekontakt
- Navn: Hsiao-Ying Wey, PhD
- Telefonnummer: 6177241384
- E-post: hsiaoying.wey@mgh.harvard.edu
Studiesteder
-
-
Massachusetts
-
Charlestown, Massachusetts, Forente stater, 02129
- Rekruttering
- Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging
-
Ta kontakt med:
- Hsiao-Ying Wey, PhD
- Telefonnummer: 617-724-1384
- E-post: hsiaoying.wey@mgh.harvard.edu
-
Ta kontakt med:
- E-post: hsiaoying.wey@mgh.harvard.edu
-
Ta kontakt med:
- Hsiao-Ying Wey, PhD
-
Ta kontakt med:
- Yu-Shiuan Lin, PhD
-
-
Deltakelseskriterier
Kvalifikasjonskriterier
Alder som er kvalifisert for studier
- Voksen
Tar imot friske frivillige
Beskrivelse
Inkluderingskriterier:
- Alder ≥ 18 og ≤ 45.
- Vanlig koffeininntak ≥ 100 mg og ≤ 450 mg daglig.
- Ikke-røykere.
- Klinisk sunn.
- Har normalt syn eller korrigert til normalt syn.
Ekskluderingskriterier:
- Gravide eller ammende kvinner.
- Kvinner som bruker hormonelle prevensjonsmidler.
- BMI < 18,5 eller > 29,9
- Søvnforstyrrelser eller ekstrem kronotype.
- Urintest positiv på ett av følgende stoffer: benzoylecgonin, morfin, d-metamfetamin, d-amfetamin, benzodiazepiner, sekobarbital, metadon, buprenorfinglukuronid, nortriptylin, MDMA, oksykodon, PCP, propoksyfen og cannabis/THC
- Diagnose av depresjon, angst, psykose eller nevrologiske lidelser de siste 5 årene.
- Hjerte- eller hjerte- og karsykdommer.
- Diabetes eller andre metabolske sykdommer.
- Under kroniske medisiner, for eksempel smertestillende og steroider.
- Allergi mot laktose (hovedingrediens i blindkontrolldose)
- Ute av stand til å utføre oppgavene eller forstå studieinformasjonen på engelsk.
Generelle utelukkelseskriterier for MR og PET for alle fag:
- Metalliske fremmedlegemer som pacemakere, perfusjonspumper, aneurismeklemmer, metalliske tatoveringer hvor som helst på kroppen, tatoveringer nær øyet.
- Eksisterende medisinske tilstander inkludert sannsynlighet for å utvikle anfall eller klaustrofobiske reaksjoner
- Manglende evne til å ligge flatt på skannersengen i omtrent 90 minutter, vurdert ved fysisk undersøkelse og sykehistorie (f. leddgikt)
- Nylig eksponering for stråling (dvs. PET fra andre forskningsstudier) som, kombinert med denne studien, ville være over de tillatte grensene
- Graviditet eller amming: En negativ serum- eller uringraviditetstest er nødvendig på dagen for PET-prosedyren
- Kroppsvekt på > 300 lbs (vektgrense for MR-skannertabellen)
Studieplan
Hvordan er studiet utformet?
Designdetaljer
- Primært formål: Grunnvitenskap
- Tildeling: Randomisert
- Intervensjonsmodell: Crossover-oppdrag
- Masking: Trippel
Våpen og intervensjoner
Deltakergruppe / Arm |
Intervensjon / Behandling |
|---|---|
|
Eksperimentell: Koffein
Koffeintablett, 200mg
|
Koffein (200 mg) vil bli administrert per os 20 minutter før PET/fMRI-datainnsamlingen.
|
|
Placebo komparator: Placebo
Laktose tablett
|
Laktosetablett vil bli administrert per os 20 minutter før PET/fMRI-datainnsamlingen.
Andre navn:
|
Hva måler studien?
Primære resultatmål
Resultatmål |
Tiltaksbeskrivelse |
Tidsramme |
|---|---|---|
|
Dopamin D2/D3 reseptor tilgjengelighet
Tidsramme: Under PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
Dopamin D2/D3-reseptortilgjengeligheten vil bli målt og indeksert av [11C]Raclopride nondisplaceable binding potential (BPND).
|
Under PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
|
Effekter av koffein på forsterkende læring vurdert av Probabilistic Selection Task (PST) i fMRI
Tidsramme: Under PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
Forsterkende læring og tilhørende hjerneaktivitet vil bli målt ved hjelp av PST i en fMRI-skanning.
Forsterkende læring er indeksert av nøyaktigheten av oppgaveutførelsen på atferdsnivået og den hemodynamiske responsen for å belønne tilbakemelding på nevralt nivå.
|
Under PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
Sekundære resultatmål
Resultatmål |
Tiltaksbeskrivelse |
Tidsramme |
|---|---|---|
|
Effekter av koffein på motorhemming vurdert av en Go/NoGo-oppgave i fMRI
Tidsramme: Under PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
Motorisk hemming og tilhørende hjerneaktivitet vil bli undersøkt med Go/NoGo i en fMRI-skanning.
Forsterkningslæringen indekseres av nøyaktigheten av oppgaveutførelsen på atferdsnivået og den hemodynamiske responsen under hemming av motoriske reaksjoner på nevralt nivå.
|
Under PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
|
Effekter av koffein på salience målt ved Salience Attribution Test (SAT)
Tidsramme: Etter PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
Deltakernes fremtredende evne til å belønne stimuli knyttet til Probabilistic Selection Task vil bli vurdert ved hjelp av Salience Attribution Test.
I oppgaven vil deltakerne bruke en visuell analog skala for å indikere deres estimat av belønningssannsynligheten (0 til 100 %) for hver stimulus de har lært i oppgaven under skanningen.
Saliensen vil indikeres av forskjellen mellom deres estimering og den reelle sannsynligheten, samt kontrasten mellom høy og lav sannsynlighet i estimering og i virkeligheten.
|
Etter PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
Andre resultatmål
Resultatmål |
Tiltaksbeskrivelse |
Tidsramme |
|---|---|---|
|
Effekter av koffein på subjektiv søvnighet målt ved Karolinska Sleepiness Scale (KSS)
Tidsramme: Etter PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
KSS er en 10-punktskale, der 1 tilsvarer ekstremt våken, mens 10 tilsvarer ekstremt søvnig.
Skalaen skal måle deltakerens søvnighetstilstand, som vil bli brukt som en potensiell kovariat i atferdsanalysene.
|
Etter PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
|
Effekter av koffein på angstnivåer målt ved State-Trait Anxiety Inventory – voksen versjon (STAI-A)
Tidsramme: Etter PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
Den delen av STAI-A som vurderer angstnivået for svarøyeblikket inkluderer 20 utsagn, som "Jeg føler meg rolig", "Jeg føler meg anspent" osv. Deltakerne vil bruke en 4-punkts skala for å svare på om de føler seg "ikke". i det hele tatt", "noe", "moderat" eller "veldig mye" til hver påstand.
Denne utfallsmålingen vil bli brukt som en potensiell kovariat i atferdsanalysene.
|
Etter PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
|
Effekter av koffein på cerebral blodstrøm
Tidsramme: Under PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
Cerebral blodstrøm vil bli målt ved hjelp av en MR-sekvens, Arterial Spin Labeling, under fMRI-innhentingen og brukt som en kovariat i fMRI-analyse.
Denne utfallsmålingen vil bli brukt som en potensiell kovariat i fMRI-analysene for å ta hensyn til virkningen av koffeins vasokonstriktive effekter.
|
Under PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
|
Effekter av koffein på fMRI-hjernetilkobling under hviletilstand
Tidsramme: Under PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
Som et utforskende resultat vil fMRI-sekvens i hviletilstand bli saksøkt for å undersøke om koffeininntak vil påvirke hjernens tilkobling.
|
Under PET/fMRI-skanningen på studiedagen
|
Samarbeidspartnere og etterforskere
Sponsor
Publikasjoner og nyttige lenker
Generelle publikasjoner
- 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.
Studierekorddatoer
Studer hoveddatoer
Studiestart (Faktiske)
Primær fullføring (Antatt)
Studiet fullført (Antatt)
Datoer for studieregistrering
Først innsendt
Først innsendt som oppfylte QC-kriteriene
Først lagt ut (Faktiske)
Oppdateringer av studieposter
Sist oppdatering lagt ut (Faktiske)
Siste oppdatering sendt inn som oppfylte QC-kriteriene
Sist bekreftet
Mer informasjon
Begreper knyttet til denne studien
Nøkkelord
Ytterligere relevante MeSH-vilkår
Andre studie-ID-numre
- IRB2022P001681
- 1R21MH138923-01 (U.S. NIH-stipend/kontrakt: NIMH)
Plan for individuelle deltakerdata (IPD)
Planlegger du å dele individuelle deltakerdata (IPD)?
IPD-planbeskrivelse
Rå datafiler på emnenivå sendes til NIMH Data Archive (NDA). Disse inkluderer [11C]Raclopride PET-data samt atferds- og fMRI-data fra Probabilistic Selection Tasks og Go/Nogo-oppgaver. Andre atferdsdata f.eks. Salience Attribution Tests, Karolinska Sleepiness Scale, og State-Trait Anxiety Inventory, samt fMRI-data f.eks. Arteriell spinnmerking og fMRI i hviletilstand vil også være inkludert.
Relevante ressurser, som kode som brukes til databehandling og analyser, vil bli gjort offentlig tilgjengelig gjennom GitHub. Den viktigste readme.md filen for prosjektet vil inkludere instruksjoner og parametervalg for å utføre kodene/skriptene. Kodedokumentasjon vil inkludere instruksjoner om hvordan du får tilgang til data, navn og e-postadresse til en kontaktperson for spørsmål, og relevante referanser til publikasjoner. For å sikre langsiktig tilgjengelighet, vil en kopi av GitHub-kodelageret bli arkivert i Zenodo på publiseringstidspunktet med en digital objektidentifikator (DOI).
IPD-delingstidsramme
Legemiddel- og utstyrsinformasjon, studiedokumenter
Studerer et amerikansk FDA-regulert medikamentprodukt
Studerer et amerikansk FDA-regulert enhetsprodukt
produkt produsert i og eksportert fra USA
Denne informasjonen ble hentet direkte fra nettstedet clinicaltrials.gov uten noen endringer. Hvis du har noen forespørsler om å endre, fjerne eller oppdatere studiedetaljene dine, vennligst kontakt register@clinicaltrials.gov. Så snart en endring er implementert på clinicaltrials.gov, vil denne også bli oppdatert automatisk på nettstedet vårt. .