Neuroplastiska förändringar av motorbarken av koffein
27 november 2019 uppdaterad av: Prof. Dr. Walter Paulus, University Medical Center Goettingen
Neuroplastiska förändringar av den motoriska cortexen av koffein: skillnader mellan koffein- och icke-koffeinanvändare och inflytande av vaksamhet under stimulering
Koffein är en psykostimulerande drog. Det fungerar som en kompetitiv antagonist vid adenosinreceptorer, som också modulerar kortikal excitabilitet. Vid djup hjärnstimulering (DBS) förklarar produktionen av adenosin efter frisättningen av adenosintrifosfat (ATP) minskningen av tremor. Bindning av adenosin till adenosin A1-receptorer undertrycker excitatorisk överföring i talamus och minskar härigenom både tremor- och DBS-inducerade biverkningar. Effekten av adenosin försvagades också efter administrering av 8-cyklopentyl-1,3-dipropylxantin (DPCPX) adenosin Al-receptorantagonisten. Därför föreslogs närvaron av en receptorantagonist såsom koffein för att minska effektiviteten av djup hjärnstimulering (DBS) vid behandling av tremor och andra rörelsestörningar.
Baserat på detta fynd antar utredarna att koffeins antagonistiska effekt preliminärt kan blockera de excitatoriska effekterna av transkraniell växelströmsstimulering (tACS). Plasticitetseffekterna kan skilja sig mellan koffeinanvändare och icke-koffeinanvändare beroende på tillgängligheten av receptorbindningsställen.
Bortsett från det är en viktig fråga i NIBS-studier inklusive de som studerar motoriskt framkallade potentialer svarsvariabiliteten både inom och mellan individer. Variabiliteten av motorisk framkallade potentialer (MEPs) kan påverkas av många faktorer. Koffein har en inneboende effekt på vaksamheten. I denna studie ska utredaren övervaka deltagarens vaksamhet genom pupillometri för att (1) bättre förstå de faktorer som kan orsaka variationer i studier av transkraniell excitabilitetsinduktion och (2) för att separera den direkta farmakologiska effekten från den indirekta uppmärksamhetseffekten av koffein.
Studieöversikt
Status
Avslutad
Betingelser
Intervention / Behandling
Studietyp
Interventionell
Inskrivning (Faktisk)
30
Fas
- Inte tillämpbar
Kontakter och platser
Det här avsnittet innehåller kontaktuppgifter för dem som genomför studien och information om var denna studie genomförs.
Studieorter
-
-
Lower Saxony
-
Goettigen, Lower Saxony, Tyskland, 37075
- Prof. Dr. Walter Paulus
-
-
Deltagandekriterier
Forskare letar efter personer som passar en viss beskrivning, så kallade behörighetskriterier. Några exempel på dessa kriterier är en persons allmänna hälsotillstånd eller tidigare behandlingar.
Urvalskriterier
Åldrar som är berättigade till studier
18 år till 45 år (VUXEN)
Tar emot friska volontärer
Ja
Kön som är behöriga för studier
Allt
Beskrivning
Inklusionskriterier:
- Manliga och kvinnliga friska deltagare mellan 18-45 år.
- Högerhänt (Oldfield 1971).
- Frivilligt deltagande och skriftligt, informerat samtycke från alla försökspersoner som erhållits före studiens början.
- Deltagarens vikt är över 60 kg
Exklusions kriterier:
- Ålder < 18 eller > 45 år gammal;
- Vänsterhand dominant;
- Bevis på en kronisk sjukdom eller historia med en störning i nervsystemet
- Historik av epileptiska anfall;
- Pacemaker eller djup hjärnstimulering;
- Metallimplantat i huvudregionen (metall som används i huvudregionen, till exempel clips efter operation av ett intracerebralt aneurysm (kärlsäckning i området av hjärnkärlen), implantation av en konstgjord hörselgång);
- Cerebralt trauma med förlust av medvetande i förhistorien;
- Förekomsten av en allvarlig inre (inre organ) eller psykiatrisk (psykisk sjukdom)
- Alkohol-, medicin- eller drogberoende;
- Receptiv eller global afasi (störning av talförståelse eller dessutom av tal);
- Deltagande i en annan vetenskaplig eller klinisk studie inom de senaste 4 veckorna;
- Graviditet
- Amning
- Intolerans mot koffein eller kaffeprodukter
- Deltagare som har onormal hjärtaktivitet från ett elektrokardiografi (EKG) fynd
- Vikten är mindre än 60 kg
Studieplan
Det här avsnittet ger detaljer om studieplanen, inklusive hur studien är utformad och vad studien mäter.
Hur är studien utformad?
Designdetaljer
- Primärt syfte: BASIC_SCIENCE
- Tilldelning: RANDOMISERAD
- Interventionsmodell: CROSSOVER
- Maskning: DUBBEL
Vapen och interventioner
Deltagargrupp / Arm |
Intervention / Behandling |
|---|---|
|
ACTIVE_COMPARATOR: Koffein grupp
Deltagarna kommer att få en koffeintablett och alla elektriska stimuleringar i slumpmässig ordning (tACS 140 Hz vid 1 mA och sken-tACS).
Deltagarens vaksamhetsstatus kommer att övervakas baserat på aktiv vaksamhet eller passiv vaksamhet.
|
|
|
PLACEBO_COMPARATOR: Placebogrupp
Deltagarna kommer att få en placebotablett och alla elektriska stimuleringar i en slumpmässig ordning (tACS 140 Hz vid 1 mA och sham-tACS).
Deltagarens vaksamhetsstatus kommer att övervakas baserat på aktiv vaksamhet eller passiv vaksamhet.
|
|
Vad mäter studien?
Primära resultatmått
Resultatmått |
Åtgärdsbeskrivning |
Tidsram |
|---|---|---|
|
Neuroplastiska förändringar av de kortikala områdena
Tidsram: Baslinje (förmätning), omedelbart efter intervention, 5 minuter, 10 minuter, 15 minuter, 20 minuter, 25 minuter, 30 minuter
|
Motorisk cortex-plasticitet mäts från förändringarna i amplituden för de motoriska framkallade potentialerna (MEP) vid olika tidpunkter.
Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) kommer att användas för att mäta MEP-amplituder.
|
Baslinje (förmätning), omedelbart efter intervention, 5 minuter, 10 minuter, 15 minuter, 20 minuter, 25 minuter, 30 minuter
|
|
Inverkan av vaksamhet under stimulering
Tidsram: 10 minuter
|
Deltagarens vaksamhetsnivå övervakas från pupilldiameter och pupilloroindex (PUI) med hjälp av pupillometer.
Denna mätning utförs under 10 minuters transkraniell växelströmsstimulering (tACS)
|
10 minuter
|
Sekundära resultatmått
Resultatmått |
Åtgärdsbeskrivning |
Tidsram |
|---|---|---|
|
Genetisk polymorfism
Tidsram: 1 år
|
Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) genpolymorfismer på kortikal plasticitet
|
1 år
|
Samarbetspartners och utredare
Det är här du hittar personer och organisationer som är involverade i denna studie.
Utredare
- Huvudutredare: Walter Paulus, University Medical Center Goettingen, Goettingen
Publikationer och användbara länkar
Den som ansvarar för att lägga in information om studien tillhandahåller frivilligt dessa publikationer. Dessa kan handla om allt som har med studien att göra.
Allmänna publikationer
- Nitsche MA, Paulus W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. J Physiol. 2000 Sep 15;527 Pt 3(Pt 3):633-9. doi: 10.1111/j.1469-7793.2000.t01-1-00633.x.
- Oldfield RC. The assessment and analysis of handedness: the Edinburgh inventory. Neuropsychologia. 1971 Mar;9(1):97-113. doi: 10.1016/0028-3932(71)90067-4. No abstract available.
- Antal A, Alekseichuk I, Bikson M, Brockmoller J, Brunoni AR, Chen R, Cohen LG, Dowthwaite G, Ellrich J, Floel A, Fregni F, George MS, Hamilton R, Haueisen J, Herrmann CS, Hummel FC, Lefaucheur JP, Liebetanz D, Loo CK, McCaig CD, Miniussi C, Miranda PC, Moliadze V, Nitsche MA, Nowak R, Padberg F, Pascual-Leone A, Poppendieck W, Priori A, Rossi S, Rossini PM, Rothwell J, Rueger MA, Ruffini G, Schellhorn K, Siebner HR, Ugawa Y, Wexler A, Ziemann U, Hallett M, Paulus W. Low intensity transcranial electric stimulation: Safety, ethical, legal regulatory and application guidelines. Clin Neurophysiol. 2017 Sep;128(9):1774-1809. doi: 10.1016/j.clinph.2017.06.001. Epub 2017 Jun 19.
- Stefan K, Kunesch E, Cohen LG, Benecke R, Classen J. Induction of plasticity in the human motor cortex by paired associative stimulation. Brain. 2000 Mar;123 Pt 3:572-84. doi: 10.1093/brain/123.3.572.
- Cappelletti S, Piacentino D, Sani G, Aromatario M. Caffeine: cognitive and physical performance enhancer or psychoactive drug? Curr Neuropharmacol. 2015 Jan;13(1):71-88. doi: 10.2174/1570159X13666141210215655. Erratum In: Curr Neuropharmacol. 2015;13(4):554. Daria, Piacentino [corrected to Piacentino, Daria].
- Cappelletti S, Piacentino D, Fineschi V, Frati P, Cipolloni L, Aromatario M. Caffeine-Related Deaths: Manner of Deaths and Categories at Risk. Nutrients. 2018 May 14;10(5):611. doi: 10.3390/nu10050611.
- Feurra M, Paulus W, Walsh V, Kanai R. Frequency specific modulation of human somatosensory cortex. Front Psychol. 2011 Feb 2;2:13. doi: 10.3389/fpsyg.2011.00013. eCollection 2011.
- Higdon JV, Frei B. Coffee and health: a review of recent human research. Crit Rev Food Sci Nutr. 2006;46(2):101-23. doi: 10.1080/10408390500400009.
- Marquez-Ruiz J, Leal-Campanario R, Sanchez-Campusano R, Molaee-Ardekani B, Wendling F, Miranda PC, Ruffini G, Gruart A, Delgado-Garcia JM. Transcranial direct-current stimulation modulates synaptic mechanisms involved in associative learning in behaving rabbits. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012 Apr 24;109(17):6710-5. doi: 10.1073/pnas.1121147109. Epub 2012 Apr 9.
- Moliadze V, Antal A, Paulus W. Boosting brain excitability by transcranial high frequency stimulation in the ripple range. J Physiol. 2010 Dec 15;588(Pt 24):4891-904. doi: 10.1113/jphysiol.2010.196998.
- Moliadze V, Antal A, Paulus W. Electrode-distance dependent after-effects of transcranial direct and random noise stimulation with extracephalic reference electrodes. Clin Neurophysiol. 2010 Dec;121(12):2165-71. doi: 10.1016/j.clinph.2010.04.033. Epub 2010 Jun 15.
- Moliadze V, Atalay D, Antal A, Paulus W. Close to threshold transcranial electrical stimulation preferentially activates inhibitory networks before switching to excitation with higher intensities. Brain Stimul. 2012 Oct;5(4):505-11. doi: 10.1016/j.brs.2011.11.004. Epub 2012 Feb 22.
- Polania R, Nitsche MA, Korman C, Batsikadze G, Paulus W. The importance of timing in segregated theta phase-coupling for cognitive performance. Curr Biol. 2012 Jul 24;22(14):1314-8. doi: 10.1016/j.cub.2012.05.021. Epub 2012 Jun 7.
- Stefan K, Kunesch E, Benecke R, Cohen LG, Classen J. Mechanisms of enhancement of human motor cortex excitability induced by interventional paired associative stimulation. J Physiol. 2002 Sep 1;543(Pt 2):699-708. doi: 10.1113/jphysiol.2002.023317.
- Zaehle T, Rach S, Herrmann CS. Transcranial alternating current stimulation enhances individual alpha activity in human EEG. PLoS One. 2010 Nov 1;5(11):e13766. doi: 10.1371/journal.pone.0013766.
- Zulkifly MFM, Merkohitaj O, Brockmoller J, Paulus W. Confounding effects of caffeine on neuroplasticity induced by transcranial alternating current stimulation and paired associative stimulation. Clin Neurophysiol. 2021 Jun;132(6):1367-1379. doi: 10.1016/j.clinph.2021.01.024. Epub 2021 Mar 10.
- Zulkifly MFM, Merkohitaj O, Paulus W, Brockmoller J. The roles of caffeine and corticosteroids in modulating cortical excitability after paired associative stimulation (PAS) and transcranial alternating current stimulation (tACS) in caffeine-naive and caffeine-adapted subjects. Psychoneuroendocrinology. 2021 May;127:105201. doi: 10.1016/j.psyneuen.2021.105201. Epub 2021 Mar 15.
- Antal A, Chaieb L, Moliadze V, Monte-Silva K, Poreisz C, Thirugnanasambandam N, Nitsche MA, Shoukier M, Ludwig H, Paulus W. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) gene polymorphisms shape cortical plasticity in humans. Brain Stimul. 2010 Oct;3(4):230-7. doi: 10.1016/j.brs.2009.12.003. Epub 2010 Jan 14.
- Biabani M, Farrell M, Zoghi M, Egan G, Jaberzadeh S. The minimal number of TMS trials required for the reliable assessment of corticospinal excitability, short interval intracortical inhibition, and intracortical facilitation. Neurosci Lett. 2018 May 1;674:94-100. doi: 10.1016/j.neulet.2018.03.026. Epub 2018 Mar 15.
- Cavaleri R, Schabrun SM, Chipchase LS. The number of stimuli required to reliably assess corticomotor excitability and primary motor cortical representations using transcranial magnetic stimulation (TMS): a systematic review and meta-analysis. Syst Rev. 2017 Mar 6;6(1):48. doi: 10.1186/s13643-017-0440-8.
- Cuypers K, Thijs H, Meesen RL. Optimization of the transcranial magnetic stimulation protocol by defining a reliable estimate for corticospinal excitability. PLoS One. 2014 Jan 24;9(1):e86380. doi: 10.1371/journal.pone.0086380. eCollection 2014.
- Goldsworthy MR, Hordacre B, Ridding MC. Minimum number of trials required for within- and between-session reliability of TMS measures of corticospinal excitability. Neuroscience. 2016 Apr 21;320:205-9. doi: 10.1016/j.neuroscience.2016.02.012. Epub 2016 Feb 9.
- Hanajima R, Tanaka N, Tsutsumi R, Shirota Y, Shimizu T, Terao Y, Ugawa Y. Effect of caffeine on long-term potentiation-like effects induced by quadripulse transcranial magnetic stimulation. Exp Brain Res. 2019 Mar;237(3):647-651. doi: 10.1007/s00221-018-5450-9. Epub 2018 Dec 10.
- Karabanov A, Ziemann U, Hamada M, George MS, Quartarone A, Classen J, Massimini M, Rothwell J, Siebner HR. Consensus Paper: Probing Homeostatic Plasticity of Human Cortex With Non-invasive Transcranial Brain Stimulation. Brain Stimul. 2015 May-Jun;8(3):442-54. doi: 10.1016/j.brs.2015.01.404. Epub 2015 Apr 1.
- Di Lazzaro V, Pellegrino G, Di Pino G, Corbetto M, Ranieri F, Brunelli N, Paolucci M, Bucossi S, Ventriglia MC, Brown P, Capone F. Val66Met BDNF gene polymorphism influences human motor cortex plasticity in acute stroke. Brain Stimul. 2015 Jan-Feb;8(1):92-6. doi: 10.1016/j.brs.2014.08.006. Epub 2014 Aug 23.
- Lewis GN, Signal N, Taylor D. Reliability of lower limb motor evoked potentials in stroke and healthy populations: how many responses are needed? Clin Neurophysiol. 2014 Apr;125(4):748-754. doi: 10.1016/j.clinph.2013.07.029. Epub 2013 Oct 5.
- Muller-Dahlhaus F, Ziemann U. Metaplasticity in human cortex. Neuroscientist. 2015 Apr;21(2):185-202. doi: 10.1177/1073858414526645. Epub 2014 Mar 11.
- Ridding MC, Ziemann U. Determinants of the induction of cortical plasticity by non-invasive brain stimulation in healthy subjects. J Physiol. 2010 Jul 1;588(Pt 13):2291-304. doi: 10.1113/jphysiol.2010.190314. Epub 2010 May 17.
- Robertson D, Wade D, Workman R, Woosley RL, Oates JA. Tolerance to the humoral and hemodynamic effects of caffeine in man. J Clin Invest. 1981 Apr;67(4):1111-7. doi: 10.1172/jci110124.
Studieavstämningsdatum
Dessa datum spårar framstegen för inlämningar av studieposter och sammanfattande resultat till ClinicalTrials.gov. Studieposter och rapporterade resultat granskas av National Library of Medicine (NLM) för att säkerställa att de uppfyller specifika kvalitetskontrollstandarder innan de publiceras på den offentliga webbplatsen.
Studera stora datum
Studiestart (FAKTISK)
15 juli 2019
Primärt slutförande (FAKTISK)
19 november 2019
Avslutad studie (FAKTISK)
19 november 2019
Studieregistreringsdatum
Först inskickad
21 maj 2019
Först inskickad som uppfyllde QC-kriterierna
5 juli 2019
Första postat (FAKTISK)
8 juli 2019
Uppdateringar av studier
Senaste uppdatering publicerad (FAKTISK)
29 november 2019
Senaste inskickade uppdateringen som uppfyllde QC-kriterierna
27 november 2019
Senast verifierad
1 november 2019
Mer information
Termer relaterade till denna studie
Ytterligare relevanta MeSH-villkor
Andra studie-ID-nummer
- 33/3/19
Plan för individuella deltagardata (IPD)
Planerar du att dela individuella deltagardata (IPD)?
NEJ
Läkemedels- och apparatinformation, studiedokument
Studerar en amerikansk FDA-reglerad läkemedelsprodukt
Nej
Studerar en amerikansk FDA-reglerad produktprodukt
Nej
Denna information hämtades direkt från webbplatsen clinicaltrials.gov utan några ändringar. Om du har några önskemål om att ändra, ta bort eller uppdatera dina studieuppgifter, vänligen kontakta register@clinicaltrials.gov. Så snart en ändring har implementerats på clinicaltrials.gov, kommer denna att uppdateras automatiskt även på vår webbplats .