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使用 PET/MRI 研究咖啡因对健康成人强化学习的影响 (Caffeine-RAC)

2025年1月7日 更新者：Hsiao-Ying Wey

测量纹状体腺苷-多巴胺受体相互作用：从分子到行为

这项研究旨在确定与安慰剂相比，咖啡因摄入是否以及如何通过奖励反馈影响学习过程。 本研究获得的数据将提高我们对咖啡因摄入对学习过程的影响和机制的理解。

参与者将执行强化学习任务（即 概率选择任务）和运动抑制任务（即 Go/NoGo 任务）在脑部扫描中。 扫描将使用西门子 Biograph mMR 正电子发射断层扫描 (PET)/磁共振成像 (MRI) 3 Tesla 扫描仪完成。 PET 使我们能够使用一种名为 [11C]雷氯必利的放射性染料看到大脑中“奖励信号”（多巴胺）的变化。 另一方面，核磁共振成像使我们能够使用高功率磁铁拍摄认知任务期间大脑活动的详细图片。 查看这些图片将有助于我们了解咖啡因在学习过程中对奖励信号和大脑活动的影响。

研究概览

地位

招聘中

条件

干预/治疗

详细说明

腺苷 2A 受体 (A2AR) 通过在纹状体中共同形成功能性异二聚体，与多巴胺 D2 受体 (D2R) 共定位并发挥变构拮抗作用。 使用正电子发射断层扫描 (PET) 和[11C]雷氯必利的初步研究表明，咖啡因与 A2AR 拮抗作用增加了 D2/D3R 的可用性，并通过睡眠剥夺期间增强的腺苷信号传导降低了 D2/D3R 的可用性，支持了体内 A2AR-D2R 相互作用的概念。 然而，A2AR-D2R 相互作用如何促进 D2R 介导的神经认知功能却很少被研究。

强化学习是一种多巴胺介导的认知过程，与各种人类行为（包括习惯、偏好、信仰和对变化的抵制）密切相关，通常在多巴胺相关疾病中发生改变。 例如，正如在精神病中观察到的那样，纹状体中的多巴胺能功能亢进会导致奖励学习的减少和与任务相关的神经活动的减弱。 通过 A2AR 对 D2R 信号传导的拮抗作用，阻断 A2AR 可能会增强 D2R 介导的负强化，即“不进行”反应。 在啮齿类动物中，A2AR 激动剂会减弱精神兴奋剂的强化作用，而 A2AR 拮抗剂则可以促进强化剂寻求奖赏的作用。 因此，在这项双盲随机交叉研究中，我们的目标是使用咖啡因（一种腺苷拮抗剂，也是全球近 80% 人口常用的精神兴奋剂）来检验阻断 A2AR 是否会增强 D2R 调节的强化学习/否-通过药理学调节 D2R 信号传导来做出反应。

本研究的长期目标是进一步了解与 A2AR-D2R 异二聚体相关的分子机制以及调节 A2AR-D2R 相互作用的临床潜力。 十二名年轻健康的非吸烟者将参加这项研究。 每位参与者都将接受咖啡因和安慰剂的治疗。 在每种情况下，参与者将首先经历 6 天的流动冲洗期，在此期间，参与者将被要求戒除含咖啡因的饮食、酒精和药物，并保持规律的就寝和起床时间。 第 7 天，中午进行 PET/fMRI 扫描，扫描前 20 分钟口服咖啡因或安慰剂片剂。

同步 PET/fMRI 将用于检查强化过程中​​神经化学变化（即通过 [11C]雷氯必利量化的 D2/D3R 可用性）与血流动力学反应（即任务相关的血氧水平依赖性 fMRI 活动）之间的关联与安慰剂相比，在咖啡因条件下的学习。 据推测，D2/D3R 可用性的增强介导了咖啡因对强化学习的促进作用。 具体来说，我们预计咖啡因将增强与奖励相关的大脑区域的 fMRI 反应，并且增强的 fMRI 反应将与 D2/D3R 可用性的变化呈正相关。

研究类型

介入性

注册 (估计的)

12

阶段

  • 第四阶段

联系人和位置

本节提供了进行研究的人员的详细联系信息，以及有关进行该研究的地点的信息。

学习联系方式

学习地点

  • 美国
    • Massachusetts
      • Charlestown、Massachusetts、美国、02129

参与标准

研究人员寻找符合特定描述的人，称为资格标准。这些标准的一些例子是一个人的一般健康状况或先前的治疗。

资格标准

适合学习的年龄

  • 成人

接受健康志愿者

是的

描述

纳入标准：

  • 年龄≥18岁且≤45岁。
  • 每天习惯性咖啡因摄入量≥100mg且≤450mg。
  • 不吸烟者。
  • 临床健康。
  • 视力正常或矫正至正常视力。

排除标准：

  • 孕妇或哺乳期妇女。
  • 使用激素避孕药的女性。
  • BMI < 18.5 或 > 29.9
  • 睡眠障碍或极端的睡眠时间型。
  • 以下物质之一的尿液检测呈阳性：苯甲酰爱康宁、吗啡、d-甲基苯丙胺、d-安非他明、苯二氮卓类药物、司可巴比妥、美沙酮、丁丙诺啡葡萄糖醛酸、去甲替林、摇头丸、羟考酮、五氯苯酚、丙氧芬和大麻/四氢大麻酚
  • 过去 5 年内诊断出患有抑郁症、焦虑症、精神病或神经系统疾病。
  • 心脏或心血管疾病。
  • 糖尿病或其他代谢性疾病。
  • 长期服用药物，例如止痛药和类固醇。
  • 乳糖过敏（空白对照剂量的主要成分）
  • 无法用英语操作任务或理解学习信息。

所有受试者的一般 MRI 和 PET 安全排除标准：

  • 金属异物，例如心脏起搏器、灌注泵、动脉瘤夹、身体任何地方的金属纹身、眼睛附近的纹身。
  • 已有的医疗状况，包括发生癫痫或幽闭恐怖反应的可能性
  • 根据体检和病史评估，无法平躺在扫描床上约 90 分钟（例如， 关节炎）
  • 最近暴露于辐射（即来自其他研究的 PET），与本研究相结合，将超出允许的限度
  • 怀孕或哺乳：PET 手术当天需要血清或尿液妊娠测试呈阴性
  • 体重 > 300 磅（MRI 扫描仪台的重量限制）

学习计划

本节提供研究计划的详细信息，包括研究的设计方式和研究的衡量标准。

研究是如何设计的？

设计细节

  • 主要用途：基础科学
  • 分配：随机化
  • 介入模型：交叉作业
  • 屏蔽：三倍

武器和干预

参与者组/臂
干预/治疗
实验性的：咖啡因
咖啡因片，200 毫克
药品：咖啡因（200 毫克）
在 PET/fMRI 数据采集前 20 分钟，每口注射咖啡因 (200 毫克)。
安慰剂比较：安慰剂
乳糖片
药品：安慰剂
在 PET/fMRI 数据采集前 20 分钟，将口服乳糖片。
其他名称：
  • 乳糖

研究衡量的是什么？

主要结果指标

结果测量
措施说明
大体时间
多巴胺 D2/D3 受体可用性
大体时间：研究当天的 PET/fMRI 扫描期间
多巴胺 D2/D3 受体可用性将通过 [11C]雷氯必利不可置换结合电位 (BPND) 进行测量和索引。
研究当天的 PET/fMRI 扫描期间
通过 fMRI 中的概率选择任务 (PST) 评估咖啡因对强化学习的影响
大体时间：研究当天的 PET/fMRI 扫描期间
强化学习和相关的大脑活动将使用功能磁共振成像扫描中的 PST 进行测量。 强化学习的指标是行为层面上任务执行的准确性和神经层面上对奖励反馈的血流动力学反应。
研究当天的 PET/fMRI 扫描期间

次要结果测量

结果测量
措施说明
大体时间
通过 fMRI 中的 Go/NoGo 任务评估咖啡因对运动抑制的影响
大体时间：研究当天的 PET/fMRI 扫描期间
运动抑制和相关的大脑活动将在功能磁共振成像扫描中使用 Go/NoGo 进行检查。 强化学习以行为层面上任务执行的准确性和神经层面上运动反应抑制期间的血流动力学反应为指标。
研究当天的 PET/fMRI 扫描期间
通过显着性归因测试 (SAT) 测量咖啡因对显着性的影响
大体时间：研究当天进行 PET/fMRI 扫描后
将使用显着性归因测试来评估参与者对与概率选择任务相关的奖励刺激的显着性。 在任务中，参与者将使用视觉模拟量表来指示他们对扫描期间在任务中学到的每个刺激的奖励概率（0 到 100%）的估计。 显着性将通过估计与真实概率之间的差异以及估计与现实中高概率和低概率之间的对比来表示。
研究当天进行 PET/fMRI 扫描后

其他结果措施

结果测量
措施说明
大体时间
通过卡罗林斯卡嗜睡量表 (KSS) 测量咖啡因对主观嗜睡的影响
大体时间：研究当天进行 PET/fMRI 扫描后
KSS为10分制，其中1相当于极度警觉，10相当于极度困倦。 该量表用于测量参与者的困倦状态，这将用作行为分析中的潜在协变量。
研究当天进行 PET/fMRI 扫描后
咖啡因对通过状态-特质焦虑量表-成人版（STAI-A）测量的焦虑水平的影响
大体时间：研究当天进行 PET/fMRI 扫描后
STAI-A评估回答瞬间的焦虑程度的部分包括20个陈述，例如“我感到平静”、“我感到紧张”等。参与者将使用4分制来回答他们是否感到“不”每个陈述都可以有“完全”、“有些”、“一般”或“非常如此”。 该结果测量将用作行为分析中的潜在协变量。
研究当天进行 PET/fMRI 扫描后
咖啡因对脑血流量的影响
大体时间：研究当天的 PET/fMRI 扫描期间
在 fMRI 采集过程中，将使用 MR 序列、动脉自旋标记来测量脑血流量，并将其用作 fMRI 分析中的协变量。 该结果测量将用作功能磁共振成像分析中的潜在协变量，以解释咖啡因血管收缩作用的影响。
研究当天的 PET/fMRI 扫描期间
咖啡因对静息状态下功能磁共振成像大脑连接的影响
大体时间：研究当天的 PET/fMRI 扫描期间
作为一项探索性结果，静息态功能磁共振成像序列将被用来检查咖啡因摄入是否会影响大脑连接。
研究当天的 PET/fMRI 扫描期间

合作者和调查者

在这里您可以找到参与这项研究的人员和组织。

赞助

Hsiao-Ying Wey

出版物和有用的链接

负责输入研究信息的人员自愿提供这些出版物。这些可能与研究有关。

一般刊物

研究记录日期

这些日期跟踪向 ClinicalTrials.gov 提交研究记录和摘要结果的进度。研究记录和报告的结果由国家医学图书馆 (NLM) 审查，以确保它们在发布到公共网站之前符合特定的质量控制标准。

研究主要日期

学习开始 (实际的)

2023年5月17日

初级完成 (估计的)

2026年12月31日

研究完成 (估计的)

2026年12月31日

研究注册日期

首次提交

2024年12月31日

首先提交符合 QC 标准的

2024年12月31日

首次发布 (实际的)

2025年3月25日

研究记录更新

最后更新发布 (实际的)

2025年3月25日

上次提交的符合 QC 标准的更新

2025年1月7日

最后验证

2025年1月1日

更多信息

与本研究相关的术语

关键字

其他相关的 MeSH 术语

其他研究编号

  • IRB2022P001681
  • 1R21MH138923-01 (美国 NIH 拨款/合同：NIMH)

计划个人参与者数据 (IPD)

计划共享个人参与者数据 (IPD)？

是的

IPD 计划说明

原始的主题级数据文件将提交给 NIMH 数据存档 (NDA)。 其中包括[11C]雷氯必利 PET 数据以及来自概率选择任务和 Go/Nogo 任务的行为和 fMRI 数据。 其他行为数据，例如 显着性归因测试、卡罗林斯卡嗜睡量表和状态特质焦虑量表，以及功能磁共振成像数据，例如 动脉旋转标记和静息态功能磁共振成像也将包括在内。

相关资源，例如用于数据处理和分析的代码，将通过 GitHub 公开提供。 主要自述文件.md 项目的文件将包括执行代码/脚本的指令和参数选择。 代码文档将包括如何访问数据的说明、问题联系人的姓名和电子邮件地址以及出版物的相关参考。 为了确保长期可访问性，GitHub 代码存储库的副本将在发布时使用数字对象标识符 (DOI) 存档在 Zenodo 中。

IPD 共享时间框架

数据将在 NIMH 拨款结束时提供（预计 2027 年 1 月 1 日）。 数据以及用于开发已发布或提交的数据集的代码/软件/工具将在数据提交或发布时共享，并维护不少于5年。

药物和器械信息、研究文件

研究美国 FDA 监管的药品

是的

研究美国 FDA 监管的设备产品

不

在美国制造并从美国出口的产品

不

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