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Control Systems Approach to Predicting Individualized Dynamics of Nicotine Cravings

29 de junho de 2017 atualizado por: 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.

Visão geral do estudo

Descrição detalhada

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 de estudo

Intervencional

Inscrição (Real)

23

Estágio

  • Não aplicável

Contactos e Locais

Esta seção fornece os detalhes de contato para aqueles que conduzem o estudo e informações sobre onde este estudo está sendo realizado.

Locais de estudo

    • New York
      • Stony Brook, New York, Estados Unidos, 11794
        • Bioengineering Building , Stony Brook University

Critérios de participação

Os pesquisadores procuram pessoas que se encaixem em uma determinada descrição, chamada de critérios de elegibilidade. Alguns exemplos desses critérios são a condição geral de saúde de uma pessoa ou tratamentos anteriores.

Critérios de elegibilidade

Idades elegíveis para estudo

21 anos a 65 anos (Adulto, Adulto mais velho)

Aceita Voluntários Saudáveis

Sim

Gêneros Elegíveis para o Estudo

Tudo

Descrição

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

Plano de estudo

Esta seção fornece detalhes do plano de estudo, incluindo como o estudo é projetado e o que o estudo está medindo.

Como o estudo é projetado?

Detalhes do projeto

  • Finalidade Principal: Diagnóstico
  • Alocação: N / D
  • Modelo Intervencional: Atribuição de grupo único
  • Mascaramento: Nenhum (rótulo aberto)

Armas e Intervenções

Grupo de Participantes / Braço
Intervenção / Tratamento
Experimental: Nicotine Cravings
Outros nomes:
  • Nicotrol NS

O que o estudo está medindo?

Medidas de resultados primários

Medida de resultado
Prazo
Autonomic nervous system activity will be measured by analysis of heart rate variability and electric dermal activity alongside a 0-10 craving scale.
Prazo: through study completion, an average of 1 year
through study completion, an average of 1 year

Colaboradores e Investigadores

É aqui que você encontrará pessoas e organizações envolvidas com este estudo.

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Investigadores

  • Investigador principal: Lilianne Mujica-Parodi, PhD, Stony Brook University

Publicações e links úteis

A pessoa responsável por inserir informações sobre o estudo fornece voluntariamente essas publicações. Estes podem ser sobre qualquer coisa relacionada ao estudo.

Datas de registro do estudo

Essas datas acompanham o progresso do registro do estudo e os envios de resumo dos resultados para ClinicalTrials.gov. Os registros do estudo e os resultados relatados são revisados ​​pela National Library of Medicine (NLM) para garantir que atendam aos padrões específicos de controle de qualidade antes de serem publicados no site público.

Datas Principais do Estudo

Início do estudo

1 de setembro de 2015

Conclusão Primária (Real)

1 de junho de 2017

Conclusão do estudo (Antecipado)

1 de dezembro de 2017

Datas de inscrição no estudo

Enviado pela primeira vez

24 de novembro de 2015

Enviado pela primeira vez que atendeu aos critérios de CQ

28 de dezembro de 2015

Primeira postagem (Estimativa)

31 de dezembro de 2015

Atualizações de registro de estudo

Última Atualização Postada (Real)

2 de julho de 2017

Última atualização enviada que atendeu aos critérios de controle de qualidade

29 de junho de 2017

Última verificação

1 de junho de 2017

Mais Informações

Essas informações foram obtidas diretamente do site clinicaltrials.gov sem nenhuma alteração. Se você tiver alguma solicitação para alterar, remover ou atualizar os detalhes do seu estudo, entre em contato com register@clinicaltrials.gov. Assim que uma alteração for implementada em clinicaltrials.gov, ela também será atualizada automaticamente em nosso site .

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