담배 흡연의 도파민 영화 : LP-ntPET와 짧은 수명 도파민 변동의 동적 이미지 만들기

이 절차의 전반적인 목표는 담배를 피우는 것에 대한 뇌의 도파민 반응을 이미지화하는 것입니다. 이는 도파민 길항제 추적자 11 C RAC 립 프라이드를 주입한 후 애완동물 스캐너에서 흡연하는 흡연자를 먼저 이미징하여 수행됩니다. 두 번째 단계는 움직임을 고려하여 목록 모드 데이터를 이미지로 재구성한 다음 하이퍼 필터로 애완 동물 이미지를 매끄럽게 하는 것입니다.

다음으로, 시간 활동 곡선은 LPNT PET를 사용하여 복셀 수준에서 모델링되고 결과 도파민 곡선은 모델에 잘 맞는 복셀에 대해서만 유지됩니다. 마지막 단계는 시간이 지남에 따라 중요한 참호에서 각 여우의 분수 도파민 수치를 색상으로 구분하고 색상으로 구분된 값을 일련의 동적 이미지로 캡처하는 것입니다. 궁극적으로, LPNT PET가 담배 흡연에 대한 도파민 영화를 생성하는 데 사용되어 중독의 독특한 시공간 패턴을 밝힐 수 있기를 바랍니다.

두 개의 조직 구획 모델인 SRTM 또는 Logan 플롯과 같은 기존 모델에 비해 우리의 운동 모델의 주요 장점은 모델에 시간에 따라 변하는 매개변수가 포함되어 있지만 SRTM 및 Logan 플롯과 마찬가지로 매개변수가 선형이라는 것입니다. LPNT PET 모델에 시변 매개변수가 존재한다는 것은 내인성 신경전달물질이 정상 상태가 아닌 경우에도 PET 추적자의 흡수 또는 변위를 설명할 수 있음을 의미합니다. 우리의 기술에 대한 간과할 수 없는 임상적 측면은 우리에게 통계적인 단계입니다.

앱 테스트는 에티켓 설명을 위해 시간 베어링 모델이 필요한 상자 위치를 식별하는 데 사용합니다. 비록 이 방법이 현재 중독과 도파민 시스템에 적용되고 있지만, 세로토닌 수치의 변화에 의해 대체될 수 있는 애완 동물 추적자가 있다면 예를 들어 우울증과 세로토닌과 같은 다른 상태와 신경 전달 물질 시스템에도 적용될 수 있습니다. 우리는 이 기술을 사용하여 중독에 고유한 뇌 활동의 공간적, 시간적 패턴, 어쩌면 여성 또는 남성 고유의 신경화학적 징후를 식별할 수 있기를 바랍니다.

우리가 도파민 영화를 만들겠다는 아이디어를 처음 떠올린 것은 공동 저자인 크리스티안 콘스탄틴(Christian Constantine)이 구식 플립북을 만들어 시간에 따라 달라지는 도파민 활동 패턴을 보여주려고 했을 때였습니다. 우리 방법의 시각적 시연은 최종 제품이 영화이고 저널의 정적 페이지에서 시연을 거부하기 때문에 매우 중요합니다. 그러나 우리의 눈은 좋은 패턴 인식 시스템이기 때문에 아무도 찾지 않았던 도파민 방출의 패턴이나 순서를 발견하기를 희망하며, 면허가 있는 의료진이 수행해야 하는 절차의 측면은 공인 핵의학 기술자인 Elisa Hildago와 Yale Pet Center의 등록 간호사인 Cindy Dko가 될 것임을 보여줍니다.

시작하려면 PET 스캔과 별도의 날에 3D MP 레이지와 같은 사전 PET 구조적 MR 스캔을 획득하십시오. MR 스캔은 애완 동물 이미지에 대한 해부학적 참조를 제공합니다. 또한 스캔 전에 피험자가 PET 스캐너에서 흡연 동작을 연습하도록 준비합니다.

환자 준비를 시작하려면 먼저 등록된 간호사가 IV를 삽입하고 나중에 추적자를 전달하는 펌프에 부착할 준비를 해야 합니다. 또한 RAC lapide tracer에 대한 적절한 주입 패러다임으로 펌프를 프로그래밍하는 주입 펌프를 준비합니다. 다음으로, 머리 모션 모니터를 설정하고 여기에 피사체의 머리 상단에 고정된 반사 구를 설정합니다.

구체는 CRA 수영 모자에 부착 된 단단한 십자가 모양의 도구에 부착됩니다. Vic CCRA 시스템 헤드 트래킹 레이저는 20헤르츠의 속도로 반사구의 위치를 당깁니다. 마지막으로, 애완 동물 스위트에서 간접 흡연을 제거합니다.

실험하는 동안 공기 필터의 흡입구를 스캐너 앞과 피험자의 머리 위에 놓고 피험자가 담배를 피우는 동안 담배를 입으로 가져갈 수 있는 공간을 남겨둡니다. 스캐너에 피사체를 놓습니다. 그런 다음 추적자 주입 및 PET 획득 전에 먼저 9분 간의 전송 스캔을 획득합니다.

그런 다음 공인된 핵의학 기술자가 추적자를 관리하도록 합니다. 일반적으로 두 명의 기술자로 구성된 팀이 추적자 투여와 반려동물 데이터 수집을 동시에 시작하고, 흡연 직전과 직후에 피험자에게 간단한 설문지를 구두로 투여합니다. 흡연자는 니코틴에 대한 갈망에 대한 자신의 만족도와 혐오감을 1에서 100까지의 척도로 평가해야 합니다.

자연주의적 흡연 경험에 대한 도파민 반응을 포착하기 위해, 피험자가 흡연을 수행하도록 합니다. 니코틴이나 연구 담당자가 투여한 담배를 피우는 대신, 흡연자에게 자신의 속도에 맞춰 담배를 피우고 자신의 담배 브랜드를 피우도록 지시하십시오. 피험자는 이전 자정 이후로 담배를 피우지 않아야 하며 담배 두 개비를 연속으로 피워야 한다.

일반적으로 두 담배를 모두 피우는 데 약 10분이 걸립니다. 그런 다음 다시, 스캐닝 세션 후에 앞서 설명한 대로 흡연 후 등급 척도를 관리하고 공간 필터링 방법의 변형을 적용합니다. 프레임별 방식으로 모든 애완 동물 이미지에 대한 매우 제한된 백 프로젝션.

하이퍼 LR의 매력은 도파민 영화를 만드는 데 사용할 모든 복셀에서 시간 정보를 저하시키지 않고 공간 노이즈를 줄인다는 것입니다. PET를 피험자의 MR에 맞춥니다. 데이터를 입력한 다음 stri AAL 마스크를 적용합니다. RACLOWRIDE는 약물 중독과 관련된 뇌 영역인 선조체에서만 사용할 수 있는 충분한 신호 대 배경 대비를 가지고 있습니다.

상용화 전 선조체의 마스크를 템플릿 공간의 모든 PET 데이터에 적용합니다. 다음으로, 특정 반응 함수 집합을 선택하여 자극에 대한 가능한 도파민 반응과 일치하는 도파민 반응 함수를 선택합니다. 흡연 자극에 대해 예상되는 곡선에 대한 추정된 도파민 반응의 모양과 타이밍을 언제 제한할 수 있습니까?

감마 변형 곡선에서 도파민 농도의 단봉 상승 및 하강을 예상합니다. 스캔 시작 45분에 흡연의 경우, 이륙 시간이 40분 이후인 반응 제품군이 포함되어야 합니다. 이제 LPNT PET 모델을 마스킹된 영역의 각 개별 복셀에서 PET 시간 활동 곡선에 맞춥니다.

모델의 작동 방정식은 여기에서 볼 수 있습니다. 각 응답 함수와 함께 PET 시간 활동 곡선의 곱의 적분은 모델에 기여하는 T의 선형 기저 함수 집합이 됩니다. LPNT PET는 동적 PET 데이터를 피팅하기 위한 선형 기저 함수 기반 방법이기 때문에 추적자의 동작을 제어하는 운동 매개변수와 각 여우에서 스캔 세션 동안 상대적 도파민 농도 변화의 시간 프로파일을 모두 신속하게 추정하기 위해 구현할 수 있습니다.

다음으로, LPNT PET의 피팅에서 각 폴홀의 데이터에 대한 잔차 제곱의 가중 합 맵을 기록하고, 각 폴홀에서 모델을 피팅하면 트레이서 매개변수의 이미지가 생성됩니다. R 1은 상대 유량 값입니다. K 2는 대상 영역의 자유 구획으로부터의 FLX 속도입니다.

K, 둘 A는 하나의 구획으로 모델링된 표적 조직의 겉보기 FLX 속도이고 감마는 도파민 신호의 크기입니다. 각 vle에서 잔차 제곱의 가중 합도 이미지로 생각할 수 있습니다. 이제 MULTILINE 참조 조직 모델 또는 MRTM을 마스킹된 영역의 각 개별 복셀에서 PET 시간 활동 데이터에 맞춥니다.

이것은 시간에 따라 변하는 도파민 항 피팅이 없다는 점을 제외하고는 LPNT pet와 동일한 선형 모델입니다. MRTM에서 복셀 현명한 데이터는 R 1, K 2 및 K 2의 세 가지 파라메트릭 이미지만 추정치를 산출하며, MRTM의 적합도에서 각 복셀의 데이터까지 제곱 잔차의 가중 합 매핑을 기록합니다. 다음으로, 마스크의 각 복셀에서 F 통계를 계산하여 제곱합 맵에서 F 맵을 만듭니다.

F 통계량은 LPNT PET의 잔차 제곱합을 MRTM의 잔차 제곱의 가중 합과 비교하여 각 적합치 임계값의 자유도 차이를 보정합니다. 모델 맞춤의 자유도에 따라 P가 0.05 미만일 확률로 변환되는 값에서 FMAP은 맵을 변환하여 MRTM보다 LPNT PET에 더 잘 맞는 선조체의 복셀만 유지하는 새로운 유의성 마스크를 만듭니다. 다음으로, 유의성 마스크에 형태학적 개구부를 수행하여 노이즈로 인한 것으로 추정되는 고립된 복셀 클러스터를 제거합니다.

등방성 2x2 x 2 복셀 커널을 사용하여 직경이 2 복셀 이하인 고립된 복셀 그룹을 제거해야 합니다. 그 결과 최종 유의성 마스크가 생성됩니다. 프로토콜에 대해 검사할 모든 실험 조건의 데이터에 대해 동일한 분석을 수행합니다.

입증된 데이터는 두 가지 개별 조건에서 각 피험자에 대해 획득 및 분석되었습니다. 흡연과 통제. 마지막으로, 복합 도파민 영화를 구성하여 흡연과 대조를 비교합니다.

다른 조건에서 동일한 주제에 대한 도파민 영화를 제작합니다. 예를 들어, 기준선 또는 가짜 작업과 흡연이 있습니다. 또한 기준선 및 흡연을 위한 선조체의 모든 조각에 대해 한 피험자에 대한 복합 도파민 영화를 제작합니다.

여기에서 두 가지 다른 하이퍼 공간 필터와 필터링이 없는 경우 시간의 부드러움에 미치는 영향을 볼 수 있습니다. 단일 트라이 AAL 복셀의 활동 데이터, 상단 및 중간 행에는 서로 다른 커널 크기로 필터링된 이미지가 표시되고 하단 행에는 왼쪽 등쪽 미상에 있는 동일한 단일 복셀 위치에서 해당 시간 활동 곡선이 표시됩니다. 여기에서는 추적자 주입 후 40분 또는 45분에 시작되는 도파민 반응 기능의 대표적인 예를 볼 수 있습니다.

이들은 LPNT PET 모델을 각 복셀의 PET 시간 활동 데이터에 맞추기 위해 미리 계산되었습니다. 이 그림은 기존 MRTM 및 새로운 LPNT PET 모델을 각각 왼쪽 미상에 있는 복셀의 시간 활동 데이터에 적합하게 보여줍니다. MRTM 핏은 파란색이고 LPNT 펫 핏은 빨간색입니다.

여기서 MRTM 및 LP NT pet에 대한 잔차 제곱의 가중 합계에 대한 파라메트릭 이미지를 볼 수 있습니다. 각 WSSR 맵은 F 통계를 통해 비교되어 F 맵을 생성하고, 이 맵은 이진 마스크에 대한 원하는 확률 수준의 임계값인 다음 필터링되어 최종 유의성 마스크를 생성합니다. 이 그림은 단일 피험자의 흡연 조건에 대한 최종 유의성 마스크의 관상 단면 하나를 대조 조건의 해당 피험자 및 슬라이스에 대한 최종 유의성 마스크와 비교하여 보여줍니다.

이 동영상은 바질 또는 휴지 도파민 수치에 상대적인 도파민 수치를 프레임별로 보여줍니다. 도파민 수치는 색상으로 인코딩됩니다. 구체적으로 색상은 기저 수준 이상의 도파민 변화를 기저의 백분율로 나타냅니다.

다시 말하지만, 도파민 수치는 복셀에 대해서만 표시됩니다. 최종 유의 마스크에서 P를 초과하는 마스크는 0.05 미만의 유의 수준을 초과합니다. 이 영화는 남성 흡연자를 위한 멀티 슬라이스 멀티디 도파민 영화를 보여줍니다.

복부 선조체의 모든 조각은 흡연 상태와 기준선 상태에 대해 동시에 표시됩니다. 두 번째 담배를 피울 무렵에 우측 복부 선조체(right ventral striatum)가 크게 활성화되는 것을 주목하십시오. 쉽게 볼 수 있도록 영화가 몇 번 반복됩니다.

이 영화는 여성 흡연자의 스캔으로 만들어졌습니다. 첫 번째 담배를 피울 무렵에 왼쪽 등쪽 미상이 크게 활성화되는 것을 주목하십시오. 쉽게 볼 수 있도록 영화가 몇 번 반복됩니다.

일단 마스터하면 애완 동물 데이터에서 도파민 영화를 만드는 데 며칠 안에 실행할 수 있습니다. 앞으로 더 많은 절차, 특히 개별 동영상 프레임의 캡처를 자동화할 수 있기를 바랍니다. 도파민 영화를 만드는 것은 제약이 있는 최적화 문제로 간주될 수 있습니다.

가능한 도파민 결과에 대한 제약은 초기 도파민 반응 함수의 선택을 통해 적용됩니다. 이제 우리는 도파민 영화를 만들었으므로 의존적 흡연자와 이전 흡연자와 같은 다른 주제의 영화를 비교할 수 있도록 최상의 유사성과 비유사성 측정을 식별하는 것이 남아 있습니다. 필요한 조치를 취하면 뇌 활동의 어떤 측면이 변화하거나 정상으로 돌아오는지 물어볼 수 있습니다.

흡연자가 흡연 습관을 끊을 때, 이 기술이 다른 반려동물 연구자들이 그들이 수집하고 있는 반려동물 데이터를 적절하게 설명하고 분석할 수 있는 길을 열어줄 것으로 기대됩니다. 다른 중독 행동에 대한 연구에서 알코올과 같은 자극을 동반하면 짧은 신경 전달 물질 반응이 나타날 수 있으며, 이는 약물 복용 후 연구 수준에는 나타나지 않습니다. 우리는 다른 애완 동물 추적자를 사용하여 유사한 실험 절차를 사용하여 다른 남용 약물과 함께 뇌의 신경 화학적 변화를 살펴보기를 희망합니다.

이 비디오를 시청한 후에는 담배를 피우는 것에 대한 뇌의 도파민 시스템의 일시적이고 특히 제한된 반응을 포착하기 위해 애완 동물 데이터에서 도파민 영화를 만드는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 도파민 영화는 5단계로 만들어진다는 것을 기억하라. 애완 동물 실험, 이미지에서 전처리, 이미지 모델링은 통계 단계와 시각화 단계입니다.