सिगरेट धूम्रपान की डोपामाइन सिनेमा: एल.पी.-ntPET साथ अल्पकालिक डोपामाइन उतार चढ़ाव के गतिशील छवियाँ बनाना

Behavior
 

Summary

हम सिगरेट पीने से प्रेरित डोपामाइन उतार चढ़ाव पर कब्जा करने के लिए एक उपन्यास पीईटी इमेजिंग दृष्टिकोण प्रस्तुत करते हैं. विषय पीईटी स्कैनर में धूम्रपान. गतिशील पीईटी छवियों को एक समय अलग डोपामाइन अवधि भी शामिल है जो एल.पी.-ntPET, द्वारा समय में voxel द्वारा voxel मॉडलिंग कर रहे हैं. परिणाम धूम्रपान दौरान striatum में डोपामाइन उतार चढ़ाव के 'फिल्मों' हैं.

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Morris, E. D., Kim, S. J., Sullivan, J. M., Wang, S., Normandin, M. D., Constantinescu, C. C., Cosgrove, K. P. Creating Dynamic Images of Short-lived Dopamine Fluctuations with lp-ntPET: Dopamine Movies of Cigarette Smoking. J. Vis. Exp. (78), e50358, doi:10.3791/50358 (2013).

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Abstract

हम गतिशील पीईटी डेटा से दिमाग का डोपामाइन फिल्में बनाने के लिए प्रयोगात्मक और सांख्यिकीय कदम का वर्णन. फिल्में एक सिगरेट पीने से प्रेरित डोपामाइन का मिनट टू मिनट उतार चढ़ाव का प्रतिनिधित्व करते हैं. अन्य संभावित confounding प्रभाव (जैसे बार बार धूम्रपान करने के लिए सिर गति, उम्मीद, नवीनता, या घृणा के रूप में) कम कर रहे हैं, जबकि धूम्रपान न करने के लिए एक प्राकृतिक धूम्रपान अनुभव के दौरान imaged है.

हम अपने अद्वितीय विश्लेषण का विवरण प्रस्तुत करते हैं. न्यूरोट्रांसमीटर रिलीज में छोटी अवधि के उतार चढ़ाव पर कब्जा नहीं कर सकते जो पीईटी विश्लेषण अनुमान समय अपरिवर्तनीय गतिज मॉडल मापदंडों के लिए पारंपरिक तरीकों. हमारे विश्लेषण - एक डोपामाइन फिल्म से बेदखल - मापदंडों 1-7 समय अलग के लिए अनुमति देते हैं कि गतिज मॉडल और अन्य अपघटन तकनीक के साथ अपने काम पर आधारित है. विश्लेषण के इस पहलू - लौकिक-भिन्नता - हमारे काम करने के लिए महत्वपूर्ण है. हमारे मॉडल मापदंडों में भी रैखिक है, यह वीं में लागू करने के लिए, computationally, व्यावहारिक हैई voxel स्तर. पूर्व प्रसंस्करण, मॉडलिंग, सांख्यिकीय तुलना, मास्किंग और दृश्य: विश्लेषण तकनीक पाँच मुख्य चरण के शामिल है. Preprocessing स्थानिक शोर कम कर देता है, लेकिन महत्वपूर्ण अस्थायी जानकारी को बरकरार रखता है कि एक अद्वितीय 'HYPR' स्थानिक फिल्टर 8 के साथ पीईटी डेटा के लिए लागू किया जाता है. मॉडलिंग 11 सी raclopride तेज पर डोपामाइन प्रभाव का सबसे अच्छा वर्णन है कि समय अलग समारोह को पहचानती है. सांख्यिकीय कदम एक पारंपरिक मॉडल 9 से हमारे (एल.पी.-ntPET) मॉडल 7 से फिट लगता है. मास्किंग सर्वश्रेष्ठ नए मॉडल से वर्णित उन voxels को उपचार सीमित. विज़ुअलाइज़ेशन नक्शे एक रंग पैमाने पर करने के लिए प्रत्येक voxel में डोपामाइन समारोह और एक डोपामाइन फिल्म पैदा करता है. अंतरिम परिणाम और सिगरेट पीने का नमूना डोपामाइन फिल्मों प्रस्तुत कर रहे हैं.

Introduction

चिकित्सा जोखिम की भारी सबूत होने के बावजूद, तम्बाकू धूम्रपान अभी भी एक प्रमुख स्वास्थ्य समस्या है. यह धूम्रपान छोड़ने के लिए बस बहुत कठिन है. वयस्क अमेरिकी आबादी का 20% से अधिक धूम्रपान करने के लिए जारी है और पहले महीने 10 के भीतर पतन को छोड़ने के लिए जो प्रयास सबसे अधिक धूम्रपान करने वालों. दुर्भाग्य से, धूम्रपान बंद और / में सहायता या निकोटीन पर निर्भरता कम करने के लिए कुछ उपलब्ध उपचार कर रहे हैं. हमारी प्रयोगशाला में, हम धूम्रपान बंद और दवा ले रही है दूसरे के लिए नई दवाओं के विकास में सहायता करने के क्रम में की लत और निर्भरता को समझने के लिए पीईटी इमेजिंग का उपयोग करने में रुचि रखते हैं.

striatum में डोपामाइन की तेजी से वृद्धि वापस लेने और बाद में दवा की मांग से संबंधित हो सकता दवाओं और व्यवहार 11 और आधारभूत डोपामाइन की तेजी से वापसी की नशे की लत दायित्व सांकेतिक शब्दों में बदलना करने के लिए माना जाता है. कुछ नशे की लत पदार्थों और सिगरेट पीने की तरह व्यवहार के लिए, स्ट्रिआटल डोपामाइन की ऊंचाई (मिनट) बहुत कम रहता है, वेंवृद्धि की ई परिमाण (1-2X आधारभूत) बड़ी नहीं है, और इन प्रतिक्रियाओं के स्थानिक हद striatum के उप क्षेत्रों छोटा करने के लिए सीमित किया जा सकता है.

पशु प्रयोगों स्पष्ट है कि निकोटीन चूहों 12 के नाभिक accumbens में डोपामाइन रिहाई का कारण बनता प्रदर्शित करता है. लेकिन शुरुआती प्रयासों का उपयोग पारंपरिक विश्लेषण - दौरान या निकोटीन या धूम्रपान का पालन मानव में डोपामाइन परिवर्तन अनुमान लगाने के लिए अविश्वसनीय और विरोधाभासी परिणाम 13-18 मिले हैं. इन अध्ययनों में से कुछ धूम्रपान करने वालों स्कैनर के बाहर धूम्रपान करने की अनुमति दी. दूसरों के विषय को केवल निकोटीन दिया. सिगरेट के लिए सबसे अच्छा अध्ययन की लत के लिए, हम बेहतर इमेजिंग प्रोटोकॉल विकसित और हमें एक अर्ध प्राकृतिक रहित व्यवहार करने के लिए मस्तिष्क की प्रतिक्रिया पर कब्जा करने की अनुमति होगी कि उन्नत विश्लेषण के साथ उन्हें पूरक करने के लिए निकल पड़े.

पोजीट्रान एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी) मानव मस्तिष्क की neurochemistry की जांच के लिए अपनी क्षमता में मस्तिष्क स्कैनिंग तकनीक के बीच में अद्वितीय है < उन्हें> vivo में. कई पीईटी tracers डोपामिन रिसेप्टर्स और कई अंतर्जात डोपामाइन के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं पर नज़र रखने के लिए मौजूद हैं. दुर्भाग्य से, पीईटी छवि विश्लेषण के पारंपरिक तरीकों के गतिशील पीईटी छवियों से, (इन विट्रो विधियों में के अनुरूप) बाध्यकारी क्षमता के रूप में जाना जाता है मुक्त ट्रेसर, करने के लिए बाध्य की स्थिर अवस्था अनुपात का अनुमान है. स्थिर राज्य अनुपात (जैसे, आधारभूत से धूम्रपान हालत के लिए) में एक स्पष्ट परिवर्तन डोपामाइन बदलाव का संकेत करने के लिए लिया जाता है. एक स्थिर राज्य मात्रा का अनुमान दोषपूर्ण हैं तो लेकिन लत के लिए प्रासंगिक डोपामाइन परिवर्तन स्वाभाविक क्षणिक हैं. इसके अलावा, ठेठ क्षेत्र के हित विश्लेषण के औसत ट्रेसर बड़े संरचनात्मक रूप से परिभाषित क्षेत्रों में एकाग्रता और अत्यधिक स्थानीयकृत मस्तिष्क प्रतिक्रियाओं को याद करने की संभावना है - जैसे हम सिगरेट पीने से उम्मीद उन के रूप में. धूम्रपान के पिछले पीईटी पढ़ाई भी स्कैनर में धूम्रपान के दौरान धूम्रपान करने वालों के सिर के आंदोलन से पीड़ित हो सकता है.

jove_content "> कार्यात्मक एमआरआई (fMRI) का समय पैमाने मिनट लेकिन fMRI पीईटी की आणविक विशिष्टता का अभाव पर striatum के उप क्षेत्रों में होने वाली घटनाओं पर कब्जा करने के लिए आवश्यक होगा कि आवश्यक स्थानिक और अस्थायी समाधान प्रदान करता है. बोल्ड संकेत से निकला . और रक्त प्रवाह में परिवर्तन neuronally और molecularly अविशिष्ट है इसलिए इस प्रकार, हम पीईटी का उपयोग किया है - लेकिन वे के neurochemical मिसाल कायम करना माना जाता है क्योंकि एक नए तरीके से इस प्रोटोकॉल का लक्ष्य धूम्रपान करने के लिए संक्षिप्त और स्थानीय डोपामाइन प्रतिक्रियाओं का अनुमान लगाने के लिए किया गया था. तृष्णा और दवा व्यवहार की मांग.

डोपामिन रिसेप्टर ligands के साथ बनाया गतिशील पीईटी छवियों में कब्जा कर रहे हैं कि डोपामाइन यात्रियों का अनुमान है, हम पहले के आधार पर किया गया है कि सामूहिक रूप से न्यूरोट्रांसमीटर पीईटी 1,5,6,19 के लिए "ntPET" के रूप में भेजा गतिज मॉडल की एक श्रृंखला शुरू की परंपरागत दो ऊतक डिब्बे मॉडल लेकिन मदिरा में समय के बदलाव के लिए शब्दों के द्वारा संवर्धित गयाamine और डोपामाइन और ट्रेसर (यानी प्रतियोगिता) के बीच बातचीत. इन मॉडलों को एक सोने के मानक के खिलाफ मान्य किया गया है. विशेष रूप से, हम अपने मॉडल एक साथ हासिल कर ली microdialysis माप 4,7 के साथ अच्छे समझौते में हैं कि चूहों में पीईटी डेटा से समय के साथ डोपामाइन सांद्रता भविष्यवाणी दिखा दिया है कि लाभ:. हमारे मॉडल की सबसे हाल ही में रैखिक और (एनपी गैर पैरामीट्रिक या तो कर दिया गया है -ntPET) 1 या रैखिक और पैरामीट्रिक (एल.पी.-ntPET) 7. उत्तरार्द्ध मॉडल अल्पेर्ट एट अल द्वारा शुरू की पहले के एक रेखीय मॉडल से निकला है. 20. यह voxel के स्तर पर गतिशील डेटा के लिए मॉडल्स computationally सरल है भरोसा दिलाते हैं कि क्योंकि linearization एक प्रमुख विकास है. हाल ही में एक सबूत की अवधारणा पत्र में, हम एक मोटर कार्य 3 प्रदर्शन एक मानव विषय की डोपामाइन फिल्में बनाते हैं और फिल्मों की उम्मीद होगी के रूप में मोटर कार्य के समय के प्रति संवेदनशील थे कि दिखाने के लिए सक्षम थे. Moviतों एक छवि में हर voxel में डोपामाइन के स्तर के समय के पाठ्यक्रम का प्रतिनिधित्व कर रहे हैं. पीईटी में voxel द्वारा voxel तरीकों आम तौर पर इतना voxel आधारित समय गतिविधि घटता (दूसस) में निहित शोर को कम करने, कम संकेत से शोर अनुपात करने के लिए पीड़ित हैं, हम एक पूर्व के रूप में एक अभिनव स्थानिक फिल्टर, 'HYPR', 8 लागू प्रसंस्करण कदम. शोर को कम करते हुए इस कदम के जवाब देने voxels के कुंजी अस्थायी विशेषताओं को बरकरार रखता है.

धूम्रपान निकोटीन प्रसव की तुलना में अधिक है. सिगरेट निकोटीन के अतिरिक्त 4,000 रसायन होते हैं. निकोटीन एक आदत धूम्रपान न करने के लिए मजबूत हो जाते हैं धूम्रपान के प्रारंभिक नशे की लत प्रभाव, अन्य सभी संकेतों और संवेदी घटकों के लिए मुख्य रूप से जिम्मेदार माना जाता है. हम पीईटी स्कैनर के अंदर है जबकि धूम्रपान की छवि धूम्रपान करने वालों के लिए सक्षम होने की जरूरत का मतलब है कि जो धूम्रपान के पूरे व्यवहार का अध्ययन करने के लिए चुना है. दुर्भाग्य से, धूम्रपान के साथ सिर प्रस्ताव आता है. हमारे छवियों में सिर गति कलाकृतियों को खत्म करने के लिए, हम Vicra प्रस्ताव का उपयोगएक चलने का, संकल्प वसूली पुनर्निर्माण एल्गोरिथ्म 21 के भाग के रूप में एन ट्रैकिंग सिस्टम (NDI सिस्टम, वाटरलू, कनाडा) और घटना दर घटना गति सुधार.

हमारी नई स्कैनिंग और विश्लेषण के तरीकों नशे की लत दवाओं और व्यवहार करने के लिए मस्तिष्क की प्रतिक्रिया का अनूठा हस्ताक्षर हैं कि संक्षिप्त और स्थानीय डोपामाइन यात्रियों को प्रकाश में लाना और कब्जा करने के लिए तैयार कर रहे हैं. यानी "डोपामाइन फिल्मों" - voxel द्वारा voxel प्रदर्शन किया, हमारे मॉडल स्ट्रिआटल डोपामाइन उतार चढ़ाव की छवियों का एक गतिशील सेट का उत्पादन. इन फिल्मों की लत का एक नया spatio-अस्थायी बायोमार्कर का प्रतिनिधित्व करते हैं और नशे की लत और / या उपचार की प्रभावकारिता के सूचक के लिए जोखिम का एक सीधा, बहु - आयामी सूचक के रूप में काम आ सकते हैं.

Protocol

पूरी प्रक्रिया की एक रूपरेखा, बहु - टुकड़ा डोपामाइन फिल्मों का निर्माण करने के लिए, नीचे वर्णित चित्र 1 में प्रवाह चार्ट में संक्षेप.

  1. पूर्व पीईटी एमआर स्कैन

    पीईटी स्कैन से एक अलग दिन पर एक संरचनात्मक एमआर स्कैन मोल. एमआर स्कैन पीईटी छवियों के लिए एक संरचनात्मक संदर्भ प्रदान करेगा. संरचनात्मक एमआरआई के लिए ठेठ अधिग्रहण मापदंडों हैं: ते = 3.3 मिसे, फ्लिप कोण = 7 डिग्री के साथ 3 डी MPRAGE एमआर पल्स अनुक्रम; टुकड़ा मोटाई = 1.0 मिमी, 0.98 x 0.98 मिमी पिक्सल.

    1. अभ्यास पीईटी / धूम्रपान सत्र

      विषय पीईटी केंद्र के लिए पहले के एक यात्रा पर, आदर्श, स्कैन से पहले या तो पीईटी स्कैनर में धूम्रपान गति अभ्यास या करने की व्यवस्था करो. यह वास्तविक पीईटी स्कैन के दौरान भ्रम या बेचैनी से बचना होगा. यह भी पहली बार के लिए स्कैनर में होने की नवीनता को समाप्त होगा. सीमेंस HRRT एक उच्च संकल्प मस्तिष्क स्कैनर है, क्योंकि सुरंग संकीर्ण हैऔर उसकी / उसके मुंह से सिगरेट लाने के लिए धूम्रपान न करने के लिए न्यूनतम निकासी होती है. हम सिर गति को संबोधित करने के लिए एक अत्याधुनिक प्रणाली है, यद्यपि यह उसकी / उसके सिर को स्थानांतरित करने के लिए नहीं की कोशिश कर रहा है, जबकि धूम्रपान न अभ्यास धूम्रपान करने के लिए अभी भी सलाह दी जाती है.

    2. रोगी की तैयारी
      1. चतुर्थ लाइन

        एक चतुर्थ एक पंजीकृत नर्स द्वारा डाला और दरियाफ्त कि उद्धार पंप करने के लिए बाद में कुर्की के लिए तैयार किया जाना चाहिए. अनुरेखक एक चतुर्थ लाइन के माध्यम से रोगी में इंजेक्ट किया जाएगा.

      2. प्रमुख मोशन मॉनिटर

        विषय के सिर के ऊपर से जोड़ना चिंतनशील क्षेत्रों. Vicra सिर ट्रैकिंग सिस्टम के लेज़रों सर्वेक्षण 20 हर्ट्ज की दर से चिंतनशील क्षेत्रों की स्थिति. क्षेत्रों कठोर, पार के आकार "टूल" से जुड़े होते हैं और उपकरण का विषय द्वारा पहना लाइक्रा तैरने टोपी से जुड़ा हुआ है. उपकरण की स्थिति की वास्तविक समय प्रदर्शन सिर गति पर नजर रखने के लिए और है कि लेजर syste सुनिश्चित करने के लिए अध्ययन कर्मियों द्वारा इस्तेमाल किया जाना चाहिए मीटर उपकरण के एक unobstructed दृश्य है और छवि के पुनर्निर्माण में बाद में उपयोग के लिए लगातार सिर की स्थिति रिकॉर्डिंग है.

    3. इंजेक्शन पम्प तैयार
      1. स्कैन के दौरान डोपामाइन उतार चढ़ाव के पीईटी छवियों की संवेदनशीलता को अधिकतम करने के लिए raclopride के लिए उचित अर्क प्रतिमान के साथ कार्यक्रम पंप, ट्रेसर प्रशासन, 11 सी raclopride, एक निरंतर प्रेरणा द्वारा पीछा एक प्रारंभिक सांस के रूप में. आसव बनाम प्रारंभिक सांस में वितरित किया जाना दरियाफ्त की उचित रिश्तेदार मात्रा का निर्धारण करने के लिए, हम कार्सन एट अल की विधि का पालन करें. 22 (मिनट की इकाइयों में "Kbol" अर्क दर को सांस में खुराक के अनुपात की गणना ) मनुष्यों में 11 सी raclopride के आवेग प्रतिक्रिया समारोह का ज्ञान दिया. एक दिया प्रोटोकॉल के अनुसार दरियाफ्त की डिलीवरी एक प्रोग्राम जलसेक पंप ड्राइव कि एक घर में कंप्यूटर प्रोग्राम द्वारा नियंत्रित किया जाता है.
    4. एयर फिल्टर प्रारंभटी "> धूम्रपान, स्थिति के दौरान पीईटी सूट से सेकेंड हैंड धुएं को खत्म करने के लिए स्कैनर के सामने और विषय के सिर के ऊपर एक हवा फिल्टर (Movex इंक, नॉर्थम्प्टन, पीए) का सेवन. लाने के लिए एक विषय के लिए कमरे में छोड़ दो धूम्रपान के दौरान उसकी / उसके मुंह से सिगरेट. फिल्टर अध्ययन करने से पहले चालू है और कई स्कैन प्रदर्शन कर रहे हैं तो सभी स्थितियों में इस्तेमाल किया जाता है.

    5. ट्रांसमिशन स्कैन

      एक 9 मिनट पारेषण पूर्व ट्रेसर और पीईटी स्कैन के अधिग्रहण के इंजेक्शन को स्कैन मोल. संचरण मस्तिष्क भर रैखिक क्षीणन गुणांक के एक 3 डी नक्शा बनाने के लिए अधिग्रहण कर लिया है. क्षीणन नक्शा उत्सर्जन (पीईटी) छवियों के पुनर्निर्माण में प्रयोग किया जाता है.

  2. पीईटी स्कैन
    1. इंजेक्शन और पीईटी स्कैन प्रारंभ

      एक प्रमाणित परमाणु चिकित्सा प्रौद्योगिकीविद् ट्रेसर प्रशासन चाहिए. आम तौर पर, दो प्रौद्योगिकीविदों की एक टीम ट्रेसर प्रशासन और पीईटी डाटा अधिग्रहण एक साथ शुरू करता है ly है.

    2. धूम्रपान के समय पर रेटिंग तराजू

      धूम्रपान तुरंत से पहले और निम्न विषय से, मौखिक रूप से, सरल प्रश्नावली प्रशासन. धूम्रपान न करने 1-100 के पैमाने पर, तृष्णा, निकोटीन उच्च, और घृणा की भावनाओं की संतुष्टि उसका / उसकी लालसा दर चाहिए.

    3. धूम्रपान

      एक प्राकृतिक धूम्रपान अनुभव के लिए डोपामाइन प्रतिक्रिया पर कब्जा करने के लिए,, उसकी अपनी गति से धूम्रपान सिगरेट के अपने खुद के ब्रांड धूम्रपान करते हैं, और सबसे महत्वपूर्ण, खुद से धूम्रपान करते हैं, बजाय निकोटीन या अध्ययन द्वारा प्रशासित सिगरेट धूम्रपान न करने की हिदायत कर्मियों. धूम्रपान करने वालों - पिछले आधी रात के बाद से संयमी जो किया गया है - धुआं उत्तराधिकार में दो सिगरेट. वे आम तौर पर दोनों सिगरेट पूरा करने के लिए 10 मिनट के बारे में ले.

    4. रेटिंग तराजू के बाद धूम्रपान (जैसा कि ऊपर उल्लेख किया है).
  3. पोस्ट पीईटी स्कैन
    1. का उपयोग कर दाढ़ Vicra डेटा के माध्यम से पुनर्निर्माण करने के लिए भेजने के लिए, स्कैन पूरा करेंअधिग्रहण पूरा कर लिया है ontent "> के बाद, सूची मोड डेटा (अपने समय और स्थान के साथ प्रत्येक व्यक्ति क्षय घटना का एक रिकार्ड) उत्सर्जन छवियों में फिर से संगठित. हमारे केंद्र में इस्तेमाल पुनर्निर्माण एल्गोरिथ्म एक (एल्गोरिथ्म चलने का है कार्सन, बार्कर एट अल बिखराव, क्षीणन, मर समय, और सामान्य, स्कैनर ज्यामिति, और बिंदु फैल समारोह के लिए उच्च आवृत्ति Vicra रिकॉर्डिंग का उपयोग घटना स्तर पर प्रस्ताव के लिए सही है. 21). सुधार भी एल्गोरिथ्म में शामिल किए गए हैं. पुनर्निर्माण पूर्व चयनित समय फ्रेम में 3 डी पीईटी छवियों का एक गतिशील श्रृंखला पैदा करता है.

    2. एमआर पूर्व प्रसंस्करण और एमआर पीईटी पंजीकरण

      विषय के एमआर छवि 23 से खोपड़ी को हटाने के लिए मानक एल्गोरिदम का उपयोग करें. सबसे ट्रेसर खोपड़ी से नहीं ले रहे हैं क्योंकि एमआर पीईटी के साथ aligning से पहले डे खोपड़ी वाला होना चाहिए.

  4. HYPR साथ गतिशील पीईटी डेटा फ़िल्टर

    का एक संस्करण लागू करेंस्थानिक फ़िल्टरिंग विधि, ईसाई एट अल. 8,24 के काम के बाद एक फ्रेम दर फ्रेम ढंग से सभी पीईटी छवियों अति विवश Backprojection (HYPR-एलआर). HYPR-एलआर की अपील यह है कि हम हमारे डोपामाइन फिल्में बनाने के लिए प्रयोग करेंगे कि हर voxel पर अपमानजनक अस्थायी जानकारी के बिना स्थानिक शोर को कम कर देता है.

  5. एमआर टेम्पलेट के लिए पीईटी डेटा संरेखित

    परिवर्तन मैट्रिक्स 1 उपज के लिए विषय के एमआर डेटा को पीईटी संरेखित करें. (यह आमतौर पर पीईटी स्कैन में जल्दी से एक छवि के साथ किया जाता है.) रजिस्टर एमआर डेटा परिवर्तन मैट्रिक्स 2 उपज के लिए एक मानक एमआर टेम्पलेट के लिए. मानक टेम्पलेट अंतरिक्ष को HYPR फ़िल्टर पीईटी डेटा रजिस्टर करने के लिए परिवर्तनों 1 और 2 का मिश्रण. डेटा आइसोट्रोपिक voxels (2 मिमी x 2 मिमी x 2 मिमी) के साथ एक मानक शारीरिक अंतरिक्ष में अब कर रहे हैं.

  6. Striatal मास्क लागू करें

    Raclopride striatum में ही इस्तेमाल किया जा पृष्ठभूमि विपरीत करने के लिए पर्याप्त संकेत है. यह मस्तिष्क के क्षेत्र हैकि नशीली दवाओं की लत में फंसा है. बाद मार्टिनेज एट अल. 25 टेम्पलेट अंतरिक्ष में सभी पीईटी आंकड़ों के पूर्व जोड़ संबंधी striatum (ventral striatum, पृष्ठीय पूंछवाला, पृष्ठीय पुटामेन) का एक मुखौटा लागू होते हैं.

  7. दो मॉडल की voxel आधारित फिट बैठता है
    1. एल.पी.-ntPET लिए डोपामाइन प्रतिक्रिया कार्यों का चयन करें

      प्रोत्साहन के लिए संभव डोपामाइन प्रतिक्रियाओं के साथ संगत कर रहे हैं कि प्रतिक्रिया कार्यों का चयन करें. प्रतिक्रिया कार्यों की एक विशेष सेट का चयन करके, एक हमारे विशेष प्रोत्साहन के लिए उम्मीद कर रहे हैं कि घटता अनुमानित डोपामाइन प्रतिक्रियाओं का आकार और समय विवश कर सकते हैं. धूम्रपान करने के लिए, हम एक unimodal वृद्धि और डोपामाइन एकाग्रता की गिरावट (एक "गामा variate" आकार का वक्र) की उम्मीद है. स्कैन, 40 मिनट (कुछ प्रत्याशा के लिए अनुमति देने के लिए) और बाद में शामिल कर रहे हैं की "दूर ले" समय के साथ प्रतिक्रिया कार्यों के परिवारों में 45 मिनट में धूम्रपान के मामले में.

    2. एल.पी.-ntPET मॉडल लागू करें

      एल.पी.-ntPET आधुनिक फ़िटNormandin एट अल. 7 की विधि के अनुसार नकाबपोश क्षेत्र में प्रत्येक व्यक्ति voxel में पीईटी दूसस के लिए एल. मॉडल का परिचालन समीकरण चित्रा 3a में दिखाया गया है. प्रत्येक प्रतिक्रिया समारोह के साथ पीईटी टीएसी के उत्पाद का अभिन्न (परिचालन समीकरण में पिछले कार्यकाल देखें) मॉडल के लिए योगदान है कि रैखिक आधार कार्यों का एक सेट हो जाता है. एल.पी.-ntPET गतिशील पीईटी डेटा फिटिंग के लिए एक रेखीय, आधार समारोह आधारित पद्धति है, क्योंकि यह तेजी से दरियाफ्त की कार्रवाई गवर्निंग (एक) गतिज मापदंडों दोनों अनुमान लगाने के लिए लागू किया जा सकता है, और रिश्तेदार डोपामाइन (ख) एक समय प्रोफ़ाइल प्रत्येक voxel पर स्कैन सत्र के दौरान एकाग्रता परिवर्तन,.

      1. WSSR नक्शे बनाएँ

        नीचे उपयोग के लिए प्रत्येक voxel (WSSR एल.पी.-ntPET) में डेटा को एल.पी.-ntPET के फिट की चुकता बच के भारित राशि (WSSR) नक्शा, रिकार्ड. प्रत्येक voxel में मॉडल फिटिंग अनुरेखक मापदंडों की छवियों का उत्पादन: आर 1, कश्मीर 2 </ उप>, कश्मीर 2 ए, और γ. R1 के सापेक्ष प्रवाह मान है, कश्मीर के 2 संदर्भ क्षेत्र में तपका दर है, कश्मीर 2a लक्ष्य क्षेत्र में स्पष्ट तपका दर है, और γ डोपामाइन संकेत की भयावहता है. प्रत्येक voxel पर चुकता बच के भारित राशि के रूप में अच्छी तरह से एक छवि के रूप में सोचा जा सकता है.

    3. (पारंपरिक) multilinear संदर्भ ऊतक मॉडल (MRTM) लागू करें

      नकाबपोश क्षेत्र में प्रत्येक व्यक्ति voxel में पीईटी समय गतिविधि डेटा से 9 निम्नलिखित MRTM मॉडल फिट. आमतौर पर गतिशील पीईटी डेटा के लिए आवेदन किया - - एल.पी.-ntPET के समान है कि यह एक समय अलग डोपामाइन अवधि का अभाव है, सिवाय इसके कि MRTM एक रेखीय मॉडल है. केवल तीन पैरामीट्रिक छवियों के voxel वार डेटा पैदावार के अनुमान के फिटिंग MRTM: आर 1, कश्मीर 2, कश्मीर 2 ए. साथ ही प्रत्येक voxel में डेटा को MRTM (WSSR MRTM) के फिट के वर्गों के नक्शे की भारित राशि रिकार्ड.

  8. <ली> एक एफ नक्शा गणना

    मुखौटा voxel में प्रत्येक एफ आँकड़ों की गणना के द्वारा चौकों नक्शे की राशि से एक एफ नक्शा बनाएँ. एफ आंकड़ा संबंधित दौरे में स्वतंत्रता की डिग्री में मतभेद के लिए संशोधन, WSSR MRTM को WSSR एल.पी.-ntPET तुलना.

  9. थ्रेसहोल्ड एफ नक्शा

    की एक संभावना के लिए अनुवाद है कि एक मूल्य पर थ्रेसहोल्ड एफ नक्शा <0.05 पी (मॉडल फिट बैठता में स्वतंत्रता की डिग्री के आधार पर). सीमा हर voxel पर ही है. जिसका पीईटी दूसस MRTM साथ तुलना एल.पी.-ntPET साथ बेहतर (सांख्यिकीय) फिट हैं striatum में केवल उन voxels बरकरार रखती है कि एक नया "महत्व मास्क" बनाने के लिए नक्शा Binarize.

  10. महत्व मास्क फ़िल्टर

    हम शोर के कारण होना मान कि voxels के छोटे, पृथक समूहों को खत्म करने के महत्व मास्क पर एक रूपात्मक "खोलने" (फैलाव द्वारा पीछा कटाव) करें. एक isotropic 2 एक्स 2 एक्स 2 voxel गिरी फिर से करने के लिए प्रयोग किया जाता है2 voxels या छोटे व्यास के साथ voxels के पृथक समूहों के लिए कदम. हम अब एक अंतिम महत्व मास्क है.

  11. रंग में 4D डोपामाइन फिल्म बनाएँ

    अंतिम Signifcance मास्क voxel में प्रत्येक कश्मीर 2a द्वारा सामान्यीकृत अनुमानित डोपामाइन की अवस्था के मूल्य की दुकान. ये आंकड़े "सामान्यीकृत डोपामाइन छवियों" का गठन और 4 आयामी हो जाएगा. वे कर रहे हैं, प्रभावी ढंग से, प्रत्येक voxel के लिए हर समय बिंदु पर रिश्तेदार डोपामाइन मूल्य प्रोत्साहन के लिए एक महत्वपूर्ण डोपामाइन प्रतिक्रिया है पाया. सामान्यीकृत डोपामाइन छवियों को एक रंग देखने की मेज लगाने से एक रंग कोडित छवि श्रृंखला बनाएँ. इसी एमआर टेम्पलेट छवि पर रंग कोडित डोपामाइन छवियों ढ़कें. एक *. PNG फ़ाइल के रूप में रंग कोडित छवियों की श्रृंखला सहेजें. यह एक एकल टुकड़ा "डोपामाइन फिल्म 'है. एक फिल्म में ventral striatum युक्त प्रत्येक टुकड़ा के लिए डोपामाइन फिल्मों की व्यवस्था. यह व्यवस्था एक बहु - टुकड़ा डोपामाइन फिल्म है.

  12. धूम्रपान डेटा और नियंत्रण डेटा सिम का विश्लेषणilarly

    जांच की जा करने के लिए हर प्रयोगात्मक हालत से डेटा पर ही विश्लेषण करते हैं. इस परियोजना के लिए, हम हासिल कर लिया और दो अलग अलग स्थितियों में प्रत्येक विषय के लिए डेटा का विश्लेषण: धूम्रपान और नियंत्रण (नहीं धूम्रपान).

  13. एक समग्र डोपामाइन फिल्म निर्माण से नियंत्रित करने के लिए धूम्रपान की तुलना करें

    अलग अलग परिस्थितियों, जैसे आधारभूत या नकली कार्य बनाम धूम्रपान में एक ही विषय के लिए डोपामाइन फिल्मों के निर्माण. आधारभूत और धूम्रपान करने के लिए striatum के सभी स्लाइस के लिए एक विषय के लिए एक "संयुक्त डोपामाइन फिल्म" उत्पाद.

  14. फिल्म भागो

    धूम्रपान सिगरेट के लिए मस्तिष्क का अनूठा डोपामिनर्जिक प्रतिक्रिया शामिल है कि स्थानिक और लौकिक पैटर्न प्रकट करने के लिए "बहु - टुकड़ा डोपामाइन फिल्म" (परिणामों में दिखाया गया है) चलायें.

Representative Results

चित्रा 2. एक भी स्ट्रिआटल voxel में समय गतिविधि डेटा की चिकनाई पर दो अलग HYPR स्थानिक फिल्टर का प्रभाव. शीर्ष पंक्ति: (एक 5 एक्स 5 एक्स 5 voxel गिरी द्वारा फ़िल्टर एक 3 एक्स 3 एक्स 3 voxel गिरी, साथ फ़िल्टर, फ़िल्टर नहीं) 46.5 मिनट पर केंद्रित एक 3 मिनट फ्रेम से 11 सी raclopride पीईटी उत्सर्जन छवियों. मध्य पंक्ति: (एक 5 एक्स 5 एक्स 5 voxel गिरी द्वारा फ़िल्टर एक 3 एक्स 3 एक्स 3 voxel गिरी, साथ फ़िल्टर, फ़िल्टर नहीं) 61.5 मिनट पर केंद्रित एक 3 मिनट फ्रेम से 11 सी raclopride पीईटी उत्सर्जन छवियों. नीचे पंक्ति: बाएं पृष्ठीय पूंछवाला में ही एक voxel के स्थान से इसी समय गतिविधि घटता. शोर अधिक फिल्टर आकार के साथ कम है, हालांकि धूम्रपान के समय में 11 सी raclopride तेज (डोपामाइन की रिहाई के कारण) में स्पष्ट डुबकी संरक्षित है कि नोट.

चित्रा 3. पूर्व कॉम थे कि प्रतिनिधि डोपामाइन प्रतिक्रिया कार्यों का चयनNormandin एट अल. 7 के अनुसार प्रत्येक voxel में पीईटी समय गतिविधि डेटा से एल.पी.-ntPET मॉडल फिटिंग के लिए puted. ट्रेसर इंजेक्शन के बाद शुरू होती हमारे धूम्रपान प्रतिमान के मामले में, सिगरेट पीने के 45 मिनट के शुरू. कारण धूम्रपान पहले से कह देना कि सिगरेट या अन्य संकेत के निपटने के लिए जैसे, - - स्ट्रिआटल डोपामाइन प्रतिक्रियाओं धूम्रपान की प्रत्याशा सांकेतिक शब्दों में यहां तक कि अगर हम प्रतिक्रिया कार्यों सुरक्षित रूप से पूर्व धूम्रपान करने के लिए 5 मिनट से पहले बेस लाइन से दूर ले कि घटता तक सीमित किया जा सकता है कि तर्क (क). इसी तरह, घटता नहीं बाद में धूम्रपान के शुरू होने के बाद 15 मिनट से अधिक समय से बंद लेने तक ही सीमित थे. 40 मिनट से कम समय लेने के बंद के साथ घटता उम्मीद की वजह से संभव डोपामिनर्जिक प्रतिक्रियाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं (ख) प्रतिनिधि प्रतिक्रिया कार्यों के सभी 45 मिनट में आधारभूत से दूर ले जा रही;. धूम्रपान शुरू जब समय. 500 विभिन्न प्रशंसनीय प्रतिक्रिया कार्यों उत्पन्न कर रहे हैं. उदाहरण के लिए, में भूखंडों <मजबूत> (क) और (ख) केवल एक वक्र आकार के नमूने लेने के लिए और बंद बार दिखाते हैं.

चित्रा 4. एल.पी.-ntPET मॉडल के लिए (एक) परिचालन समीकरण. मॉडल स्ट्रिआटल मुखौटा भीतर प्रत्येक voxel में पैरामीटर अनुमान की तेजी से गणना की अनुमति देता है (आर 1, कश्मीर 2, कश्मीर 2a, γ) मानकों में रैखिक है. (ख) के पैरामीट्रिक छवियों (आर 1, कश्मीर 2, कश्मीर 2a, γ ) एक ही विषय के लिए एक भी राज्याभिषेक मस्तिष्क टुकड़ा के लिए. अकेले γ एक डोपामाइन प्रतिक्रिया की भयावहता, एक साथ सभी 4 ट्रेसर मापदंडों के आकलन प्रत्येक voxel में समय गतिविधि आंकड़ों के मॉडल फिट करने के लिए आवश्यक है कि encodes पैरामीटर है.

चित्रा 5. बाएं पूंछवाला में एक voxel से समय गतिविधि डेटा से (एल.पी.-ntPET) पारंपरिक (MRTM) और नए मॉडल के फिट बैठता है. MRTM फिट नीले रंग में है. एल.पी.-ntPET फिट लाल रंग में है.

चित्रा 6. (क) MRTM से चुकता बच के भारित राशि (WSSR) से पता चलता है और (ख) एल.पी.-ntPET से प्रत्येक स्ट्रिआटल voxel पर डेटा के लिए फिट बैठता है. एक ही डेटा से उत्पादित दो WSSR छवियों (ग) में दिखाया प्रत्येक voxel (यानी एक एफ नक्शा), फा अनुपात का एक नक्शा उत्पादन की तुलना में कर रहे हैं. (घ) एफ नक्शा पी <0.05 thresholded है एक बाइनरी महत्व नक्शा निर्माण करने के लिए (प्रोटोकॉल के 2.10 कदम देखें). एन समयावधियों, और एल.पी.-ntPET मॉडल के 4 मानकों, एक संभावना के स्तर को इसी एफ आँकड़ों के लिए सीमा के लिए, पी <0.05 (ई (3 मिनट फ्रेम में binned डेटा के 90 मिनट के लिए, सीमा 4.23 है) ) महत्व नक्शा शोर प्रतिनिधित्व करने के लिए सबसे अधिक संभावना है कि voxels के छोटे समूहों को खत्म करने के लिए एक रूपात्मक फिल्टर (एक "खोलने") के साथ फिल्टर हो चुकी है. अंतिम महत्व मास्क जिसका दूसस बेहतर फिट हैं striatum में केवल उन voxels (स्टेट को बरकरार रखता हैistically) पारंपरिक MRTM मॉडल करने का विरोध किया है और इस तरह धूम्रपान करने के लिए एक डोपामिनर्जिक प्रतिक्रिया को रोकने के लिए माना जाता है के रूप में एल.पी.-ntPET मॉडल के आधार पर. यह सीमा कई तुलना के लिए सही नहीं है. इसके बजाय, झूठी सकारात्मक निष्कर्ष के खिलाफ की रक्षा करने के लिए, हम अंतिम महत्व एक नियंत्रण हालत के मुखौटे के रूप में अच्छी तरह से (- 1.10 चित्रा 7 और प्रोटोकॉल कदम 1.8 देखें) बना.

चित्रा 7. (एक) एक ही विषय में धूम्रपान हालत के लिए अंतिम महत्व मास्क की एक राज्याभिषेक टुकड़ा से पता चलता है. चित्रा (ख) आधारभूत हालत में इसी विषय और टुकड़ा के लिए अंतिम महत्व मास्क से पता चलता है. नियंत्रण डोपामाइन फिल्में (देखें नीचे) में शोर करने के लिए संबंधित बस मौका घटनाओं या घटनाओं नहीं हैं कि विवाद का समर्थन करता है की नकाब में समूहों के लगभग पूर्ण अभाव के विरोध के रूप में धूम्रपान के नकाब में बनाए रखा voxels के समूहों की उपस्थिति डेटा. (नोट: इंजेक्शन गतिविधि - एकघ इस तरह शोर अनुपात करने के लिए संकेत - आधारभूत और धूम्रपान की स्थिति में तुलनीय थे).

चित्रा 8. राज्याभिषेक अभिविन्यास में दिमाग का एक टुकड़ा का डोपामाइन फिल्म बेसल (आराम) डोपामाइन के स्तर के सापेक्ष फ्रेम दर फ्रेम डोपामाइन के स्तर को दर्शाता है. (एक) आधारभूत हालत की फिल्म से पता चलता है और (ख) की फिल्म से पता चलता है धूम्रपान हालत. डोपामाइन के स्तर के रंग में इनकोड किया गया है. विशेष रूप से, रंग - इसी संख्यात्मक मूल्यों के साथ रंग पट्टी में दिखाया - बेसल के एक प्रतिशत के रूप में बेसल स्तर से ऊपर डोपामाइन में बदलाव का प्रतिनिधित्व करते हैं. फिर, डोपामाइन का स्तर केवल पी <0.05 महत्व स्तर से अधिक है कि अंतिम महत्व मास्क में voxels के लिए दिखाए जाते हैं.

9 चित्रा. उदर striatum के सभी स्लाइस के साथ 8 चित्रा में के रूप में एक ही विषय के लिए बहु - टुकड़ा, बहु हालत डोपामाइन फिल्म एक साथ च प्रदर्शित या आधारभूत और धूम्रपान की स्थिति.

चित्रा 1
चित्रा 1. प्रयोग और छवि विश्लेषण प्रक्रियाओं (एसी) की फ़्लोचार्ट. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 2
चित्रा 2. छवियों (शीर्ष और मध्य) पर और एक एकल voxel में समय गतिविधि घटता (नीचे) पर विभिन्न गिरी आकार की HYPR फिल्टर का प्रभाव. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

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चित्रा 3. डोपामाइन प्रतिक्रिया कार्यों के उदाहरण हैं कि (क) 40 मिनट या (ख) 45 मिनट के बाद ट्रेसर इंजेक्शन में बंद रखना.

चित्रा 4
4 चित्रा. पीईटी आंकड़ों के एल.पी.-ntPET परिचालन समीकरण (एक) फिटिंग द्वारा उत्पन्न पैरामीट्रिक छवियाँ. (ख) मॉडल, आर 1, कश्मीर 2, कश्मीर 2a, γ, के 4 मापदंडों को इसी छवियाँ striatum के लिए मूल्यांकन किया और दिखाया जाता है इसी एमआर टुकड़ा पर मढ़ा. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

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चित्रा 5. एक एकल voxel से समय गतिविधि डेटा से MRTM (नीला) और एल.पी.-ntPET (लाल) मॉडल के फिट बैठता है.

चित्रा 6
6 चित्रा. (क) MRTM और (ख) एल.पी.-ntPET. संबंधित WSSR नक्शे बारी में एक द्विआधारी मुखौटा (घ) के लिए thresholded है और उसके बाद के लिए फ़िल्टर जो एफ नक्शा (ग), बनाने के लिए तुलना कर रहे हैं के लिए WSSR की पैरामीट्रिक छवियों अंतिम महत्व मास्क का उत्पादन. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

7 चित्रा
चित्रा 7. धूम्रपान (एक) और नियंत्रण के लिए अंतिम Signifcance मास्क की तुलना

एकल नियंत्रण में विषय ('रेस्ट') और धूम्रपान स्थितियों के लिए चित्रा 8.Single टुकड़ा डोपामाइन फिल्म. 8 चित्रा को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

(शीर्ष) धूम्रपान और (नीचे) नियंत्रण ('रेस्ट') की स्थिति में एक विषय के लिए चित्रा 9.Multi टुकड़ा डोपामाइन फिल्म. 9 चित्रा को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

Discussion

धूम्रपान करने के लिए डोपामाइन प्रतिक्रिया पर पीईटी साहित्य में निष्कर्ष 13-18 असंगत हैं. इस के लिए कई कारणों से हो सकता है. विभिन्न पद्धति कठिनाइयों छवि सिगरेट पीने के लिए किसी भी प्रयास के साथ उत्पन्न होती हैं. बहुत कम से कम, एक डेटा, शोधकर्ताओं के लिए दूसरे हाथ धूम्रपान जोखिम, ट्रेसर के तेज और बनाए रखने के लिए केवल सूक्ष्म परिवर्तन का कारण है कि डोपामाइन में मामूली और अल्पकालिक परिवर्तन, 11 में संभव गति कलाकृतियों के साथ संघर्ष करना होगा सी raclopride .

डोपामाइन का एक बड़ा और निरंतर प्रतिक्रिया की कृत्रिम प्रेरण निकोटीन की एक बड़ी मात्रा का एक चतुर्थ इंजेक्शन प्रशासन द्वारा ही संभव हो सकता है. बहरहाल, यह सिगरेट पीने की डोपामाइन फिल्में बनाने में हमारे अंतर्निहित उद्देश्य के विपरीत होगा. हमारी मंशा के रूप में ध्यान से संभव के रूप में धूम्रपान के पूरे व्यवहार को डोपामिनर्जिक प्रतिक्रिया की जांच के लिए किया गया था. लत अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण अंतर निष्क्रिय प्रशासन के बीच किया जाता हैएक विषय है और आत्म - प्रशासन के लिए दवाओं की. हमारा उद्देश्य छवि आत्म - प्रशासन के लिए गया था - एक धूम्रपान न करने धूम्रपान उसकी / सिगरेट के अपने पसंदीदा ब्रांड - कब्जा है और धूम्रपान करने के लिए संक्षिप्त डोपामिनर्जिक प्रतिक्रिया चिह्नित करने के लिए आदेश में. पीईटी विश्लेषण आम तौर पर एक दवा या अन्य चुनौती का प्रभाव स्कैन अवधि के लिए लंबे समय रहते रिश्तेदार हैं कि मान. इमेजिंग धूम्रपान इस प्रकार मॉडलिंग में और पीईटी के साथ प्रयोग में नवाचारों की आवश्यकता है.

हमारे प्रोटोकॉल में गंभीर कदम

स्कैनर में धूम्रपान सुविधा प्रदान करना

  1. छवि आत्म - प्रशासन के क्रम (यानी, धूम्रपान) में हम अपने पर्यावरण स्वास्थ्य एवं सुरक्षा विभाग की संतुष्टि के लिए दूसरे हाथ धूम्रपान को खत्म करने के लिए किया था. यह बात कण को ​​हटाने के लिए एक HEPA फिल्टर के माध्यम से विषय के आसपास हवा खींचती है जो एक पोर्टेबल एयर निस्पंदन प्रणाली के उपयोग के माध्यम से पूरा किया गया. इकाई टी पर उतारा जा सकता है कि एक स्पष्ट गुंबद के आकार का सेवन हुड के साथ सुसज्जित हैवह विषय के चेहरे, लेकिन उसका / उसकी धूम्रपान बाधित नहीं.
  2. धूम्रपान सिर प्रस्ताव लाती - धूम्रपान करने वालों को अपने हाथ आगे और उनके सिर अभी भी रखने के निर्देश दिए हैं, भले ही. समय सीमा एक एकल दौरान मोशन स्कैनर के बिंदु फैल समारोह degrades. यही कारण है, यह छवियों में गड़बड़ करने के लिए योगदान देता है. स्कैनिंग के दौरान सिर गति भी सिर उत्सर्जन और प्रसारण के दौरान विभिन्न स्थानों में है कि इसका मतलब है. इस बेमेल प्रसारण स्कैन क्षीणन के लिए सही करने के लिए लागू किया जाता है जब कलाकृतियों के लिए नेतृत्व कर सकते हैं. Vicra सिर ट्रैकिंग प्रणाली इन मुद्दों पर दोनों के पते और आम तौर पर समस्या 26 के लिए राज्य के अत्याधुनिक समाधान का प्रतिनिधित्व करने के लिए माना जाता है.

डोपामाइन के स्तर में छोटे बदलाव करने के लिए 11 सी raclopride तेज की संवेदनशीलता को अधिकतम

  1. ट्रेसर व्यवस्थापक है अगर हमारे समूह द्वारा पिछले अनुकरण काम डोपामाइन के स्तर में परिवर्तन करने के लिए संवेदनशीलता स्कैन अवधि भर में एक समान नहीं है कि संकेत दिया हैएक सांस में इंजेक्शन 27 के माध्यम से istered. दूसरी ओर, ट्रेसर का एक प्रारंभिक सांस में एक धीमी गति से निषेचन बहुत स्कैन के दौरान किसी भी समय धूम्रपान करने के लिए पीईटी डेटा की संवेदनशीलता को बराबर करने के लिए प्रकट होता है के द्वारा पीछा किया.
  2. डोपामाइन में धूम्रपान प्रेरित परिवर्तन पीईटी डेटा अपने आप में शोर करने के लिए छोटे रिश्तेदार हैं. अत्यधिक विवश Backprojection पुनर्निर्माण (HYPR) 8,24 हाल ही में पीईटी के लिए लागू किया गया है कि fMRI डेटा के समरेखण के एक लोकप्रिय तरीका है. इस स्थानिक चौरसाई तकनीक हम यही है, अंतर्जात डोपामाइन साथ दरियाफ्त की प्रतियोगिता का प्रतिनिधित्व करते हैं कि समय गतिविधि घटता में deflections है अंदर रुचि रखते हैं डेटा के अस्थायी विशेषताओं obliterating बिना शोर कम कर देता है. हमारी प्रारंभिक काम 28 धूम्रपान और आधारभूत condit के बीच thresholded एफ नक्शे (यानी, बरकरार रखा voxels की संख्या में अंतर) में अंतर है कि अधिकतम HYPR फिल्टर की एक इष्टतम पसंद संकेत है कि वहाँआयनों. इष्टतम फिल्टर (प्रस्तुत डाटा के लिए चुना) शायद सक्रियण क्षेत्र की अनुमानित आकार (2 चित्र देखें) को HYPR गिरी आकार का उचित मिलान पर निर्भर करता है.
  3. डोपामाइन में धूम्रपान प्रेरित परिवर्तन संक्षिप्त हैं. परम्परागत पीईटी विश्लेषण के तरीकों क्षणिक न्यूरोट्रांसमीटर घटनाओं 25,29 से कब्जा करने के लिए अच्छी तरह से अनुकूल नहीं हैं. हम सिमुलेशन अध्ययन और मानव आंकड़ा 30 का उपयोग करते हुए विभिन्न पारंपरिक विश्लेषण की कमियों की विशेषता है. इन कारणों के लिए, हमारी प्रयोगशाला पीईटी डेटा 1-7 पर डोपामाइन यात्रियों के प्रभाव के लिए मॉडलिंग गणितीय तकनीकों का एक नंबर विकसित और पुष्टि की है. Normandin एट अल द्वारा हाल ही में नवाचार. 7 यह voxel स्तर पर लागू किया जा सकता है ताकि हमारे मूल ntPET मॉडल linearize के लिए गया था. ऐसा करने का परिणाम यहां प्रस्तुत लोगों की तरह एक डोपामाइन फिल्म है. पीईटी डेटा में डोपामाइन यात्रियों का आकलन करने के लिए हमारे विधियों के महत्वपूर्ण पहलुओं previousl मान्य किया गया हैवाई: एक साथ पीईटी और microdialysis 4 के दौर से गुजर चूहों में और मानव में कार्य 3,4 दोहन एक उंगली प्रदर्शन.
  4. सांख्यिकीय परीक्षण के लिए किसी प्रकार का मौका घटनाओं से अलग रूप में डोपामाइन में वास्तविक परिवर्तन अलग करने के लिए आवश्यक है. हम पता लगाने योग्य और quantifiable डोपामाइन प्रतिक्रियाओं को रोकने के लिए सबसे अधिक संभावना है कि छवि के क्षेत्रों (यानी, voxels) की पहचान करने के लिए एफ आंकड़ा ("एफ अनुपात" उर्फ) का उपयोग करने के लिए चुना है. एफ आंकड़ा एक ही समय गतिविधि डेटा से दो नेस्टेड मॉडल के दौरे के वर्गों की रकम तुलना करने के लिए प्रयोग किया जाता है. इस मामले में, हम में से फिट तुलना एक पारंपरिक मॉडल से अनुपस्थित एक समय अलग डोपामाइन उतार चढ़ाव के लिए एक समय पर निर्भर अवधि होता है कि हमारे हाल ही में शुरू एल.पी.-ntPET मॉडल अवधि के साथ डोपामाइन. एफ अनुपात एक दिया सांख्यिकीय सीमा से अधिक है जिसके लिए केवल उन voxels अंतिम डोपामाइन फिल्म में रखा जाता है.

प्रस्तुत परिणाम की व्याख्या करने के लिए सीमाएं

<राजभाषा>
  • नहीं यहाँ प्रस्तुत नमूना परिणाम, ज़ाहिर है, एक पूरा अध्ययन है. गति artifact (ऊपर देखें) से अलग रूप - धूम्रपान करने का एक गहन अध्ययन के लिए एक आधार रेखा हालत, एक धूम्रपान हालत, और गति प्रेरित डोपामाइन रिहाई के लिए नियंत्रित करने के लिए एक नकली धूम्रपान शर्त शामिल होगा. इन अध्ययनों से हमारी प्रयोगशाला में चल रहे हैं.

    यह एक उपयुक्त दिखावा धूम्रपान हालत के निर्माण में अब तक साधारण से है कि ध्यान दिया जाना चाहिए. धूम्रपान करने वालों के लिए, उनके मुंह के लिए एक अंधेरा सिगरेट लाने का कार्य मात्र डोपामाइन जारी पुरस्कृत और इसलिए हो सकता है. इस प्रकार, लेकिन नहीं उम्मीद के लिए प्रस्ताव के लिए एक नियंत्रण शायद किसी भी तरह से इस तरह दबाने बटन या मैनुअल वस्तु हेरफेर के रूप में धूम्रपान के साथ संबद्ध नहीं किया जा सकता है कि एक सिगरेट पर कश लेने के लिए तुलनीय प्रयास और आवृत्ति की एक निर्देशित मोटर आंदोलन नहीं बल्कि एक आंदोलन होगा .

  • यह काफी अच्छी तरह से तुलना बना रहे हैं, तो एक दिया सांख्यिकीय ताड़ना से अधिक मौका है कि निष्कर्ष है कि वहाँ मान्यता प्राप्त है 31 पुराने. हम कर रहे हैं तुलना पारंपरिक मॉडल के लिए फिट और striatum में सभी voxels में एल.पी.-ntPET मॉडल के फिट के बीच हैं. वर्तमान में, हम (उदाहरण के लिए, "Bonferroni सुधार") एकाधिक तुलना के लिए औपचारिक रूप से निजात नहीं कर रहे हैं. इसके बजाय, हम एक धूम्रपान हालत के अलावा एक आधारभूत हालत को डोपामाइन फिल्म विश्लेषण आवेदन किया है. धूम्रपान के हमारे डोपामाइन फिल्म बस मौका का परिणाम थे, हम धूम्रपान डेटा के रूप में आधारभूत में सक्रियण क्षेत्रों का ही घनत्व (पूर्व दहलीज voxels की संख्या) की उम्मीद होती है. यही (7 चित्र देखें) स्पष्ट रूप से मामला नहीं है.
  • निश्चित रूप से, हमारी तकनीक के reproducibility एक महत्वपूर्ण संबंधित मुद्दा है. एक एक धूम्रपान न करने का मस्तिष्क एक सिगरेट आज या कल या अगले सप्ताह के धूम्रपान करने के लिए इसी तरह जवाब देना चाहिए कि उम्मीद करेंगे. हम वर्तमान में हमारे डोपामाइन फिल्मों का परीक्षण retest reproducibility के आकलन करने में लगे हुए हैं.
  • भविष्य

    jove_content "> हम अंतर्जात न्यूरोट्रांसमीटर स्तर में एक छोटी अवधि के उतार - चढ़ाव की उपस्थिति में पीईटी ट्रेसर तेज का एक नया मॉडल विकसित किया है. मॉडल मापदंडों में रैखिक है, क्योंकि यह कई voxels में जल्दी और आसानी से की जा सकती है. फिटिंग इस तरह के समापन बिंदु एक voxel द्वारा voxel आधार पर पीईटी डेटा के लिए एक मॉडल एक "फिल्म" है. डी 2 रिसेप्टर ट्रेसर, 11 के साथ पढ़ाई के लिए सी raclopride, समापन बिंदु एक डोपामाइन फिल्म है. डोपामाइन मस्तिष्क के प्रसंस्करण में शामिल महत्वपूर्ण neurotransmitter है लत की ओर जाता है. कुछ उत्तेजनाओं (सबसे विशेष रूप से सिगरेट और शराब) अल्पकालिक केवल हल्के और शायद डोपामाइन परिवर्तन का उत्पादन क्योंकि पुरस्कृत उत्तेजनाओं की, फिल्मों में इन दो उत्तेजनाओं के दुरुपयोग के अध्ययन के लिए उनकी सबसे बड़ी क्षमता हो सकती है. हम उपयोग कर सकते हैं हमारे निर्भरता या दुरुपयोग के जोखिम का संकेत कर रहे हैं कि डोपामाइन रिहाई के स्थानिक और लौकिक पैटर्न की पहचान करने के लिए डोपामाइन फिल्मों, तो इन नमूनों रोग की बीमारी, जोखिम के मार्कर के रूप में सेवा कर सकता है, और- पैटर्न प्रतिवर्ती मान रहे हैं - के संकेतक (औषधीय या संज्ञानात्मक) उपचार प्रभावकारिता.

    डोपामाइन प्रणाली को उन्हें प्रतिबंधित कि हमारी फिल्मों के बारे में कुछ भी नहीं है. जरूरत है कि सभी एक ही लक्ष्य के लिए अंतर्जात ligand में (द्वारा आसानी displaceable, अर्थात्) उतार चढ़ाव के प्रति संवेदनशील है कि ब्याज की एक लक्ष्य के लिए एक पीईटी ट्रेसर है. तिथि करने के लिए, डोपामाइन के अलावा अन्य अंतर्जात न्यूरोट्रांसमीटर को मज़बूती से संवेदनशील हैं कि पीईटी tracers की पहचान करने के लिए प्रगति को रोकने की गई है. 2010 में सेरोटोनिन साहित्य की समीक्षा, उदाहरण के लिए, पीईटी 32 के साथ सेरोटोनिन रिहाई का पता लगाने के लिए हमारे वर्तमान सीमित क्षमता के मर्यादित चित्र चित्रित. हाल ही में, कुछ उत्साहजनक घटनाक्रम की गई है. प्रकाशनों की संख्या गैर मानव प्राइमेट 33-36 में अंतर्जात सेरोटोनिन में उन्नयन करने सेरोटोनिन tracers का संवेदनशीलता की सूचना दी है, लेकिन क्षेत्र में मानव में इसी तरह के प्रदर्शनों इंतजार कर रहा है. हम कहीं और चर्चा की है <> 37 समर्थन, अंतर्जात न्यूरोट्रांसमीटर एकाग्रता में परिवर्तन करने के लिए संवेदनशीलता के ऊतकों से रक्त को दरियाफ्त की तपका की एक आसानी के साथ संयुक्त रिसेप्टर से विस्थापन की एक इष्टतम दर के शामिल होना दिखाई देते हैं. सेरोटोनिन ligands के मान्य है और इस तरह के गुण होते दिखाया गया है एक बार, तो सेरोटोनिन फिल्में भी संभव हो जाएगा.

    वर्तमान में, रिसेप्टर tracers के साथ सबसे पीईटी पढ़ाई पैरामीट्रिक छवियों की पीढ़ी को जन्म दे. एक पैरामीट्रिक छवि वस्तु में हर voxel (यानी, मस्तिष्क) पर मूल्यांकन के लिए एक दिया ट्रेसर गतिज मॉडल पैरामीटर का एक नक्शा है. ऐसे SRTM 38,39 या एक या दो ऊतक डिब्बे मॉडल री के पैरामीट्रिक चित्र, क्षेत्रीय प्रवाह पैरामीटर, या बीपी, क्षेत्रीय बाध्यकारी संभावित मूल्य पैदावार के रूप में पारंपरिक मॉडल के अनुप्रयोग. इन मानकों के दोनों स्थिर अवस्था में हैं प्रक्रियाओं का प्रतिनिधित्व करने के लिए माना जाता है कि शारीरिक स्थिरांक हैं. कभी कभी, तथापि, प्रणाली और / या पूर्णांक की प्रक्रियागिरफ्तार अस्थिर कर रहे हैं. यही है, वे क्षणिक हैं. इस तरह के सिगरेट पीने के लिए डोपामाइन की अल्पकालिक प्रतिक्रिया के साथ मामला है. ऐसी परिस्थितियों में, यह एक पैरामीट्रिक छवि के साथ क्षणिक डोपामाइन चिह्नित करने के लिए संभव नहीं है. न ही यह मापदंडों में सख्ती से समय अपरिवर्तनीय है कि एक मॉडल के साथ डेटा मॉडल के लिए उपयुक्त है. धूम्रपान के जवाब में striatum में डोपामाइन एकाग्रता परिवर्तन का वर्णन करने के लिए एक समय अलग अवधि के साथ एक मॉडल के लिए एक आवश्यकता है. एक डोपामाइन अनुरेखक के साथ प्रयोग किया जाता है जब इस तरह के एक मॉडल की प्राकृतिक उत्पादन, डोपामाइन की एक फिल्म है. यह संभवत: इसकी उपयोगिता को अधिकतम करने के लिए विश्लेषण के नए रूपों को प्रेरणा और आवश्यकता होगी कि कार्यात्मक छवि उत्पादन का एक नया रूप है.

    Disclosures

    सभी लेखकों वे खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है कि राज्य.

    Acknowledgements

    लेखकों ट्रेसर संश्लेषण, ट्रेसर इंजेक्शन और छवि के अधिग्रहण और विशेषज्ञ प्रवाह चार्ट डिजाइन के लिए सुश्री शीला हुआंग के लिए इमेजिंग टीम के लिए येल पीईटी केंद्र रसायन शास्त्र टीम के सदस्यों को धन्यवाद.

    ज्यादा ntPET तकनीक के विकास के ई मौरिस को R21 AA15077 द्वारा समर्थित किया गया था. लालकृष्ण कॉसग्रोव K02 DA031750 द्वारा समर्थित है.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Vicra NDI Systems, Waterloo, Canada
    HRRT Siemens
    Air Filter Movex, Inc, Northampton, PA LFK 175 With extractor and clear hood
    11C-raclopride prepared at Yale PET Center from O-Desmethyl precursor
    O-Desmethylraclopride ABX advanced biochemical compounds, Radeberg, Germany Product #1510 Precursor of 11C-raclopride
    Table 1. Materials used.

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    References

    1. Constantinescu, C. C., Bouman, C., Morris, E. D. Nonparametric extraction of transient changes in neurotransmitter concentration from dynamic PET data. IEEE Trans. Med. Imaging. 26, 359-373 (2007).
    2. Constantinescu, C. C., et al. Estimation from PET data of transient changes in dopamine concentration induced by alcohol: support for a non-parametric signal estimation method. Phys. Med Biol. 53, 1353-1367 (2008).
    3. Morris, E. D., Constantinescu, C. C., Sullivan, J. M., Normandin, M. D., Christopher, L. A. Noninvasive visualization of human dopamine dynamics from PET images. NeuroImage. 51, 135-144 (2010).
    4. Morris, E. D., Normandin, M. D., Schiffer, W. K. Initial comparison of ntPET with microdialysis measurements of methamphetamine-induced dopamine release in rats: support for estimation of dopamine curves from PET data. Molecular imaging and biology : MIB : the official publication of the Academy of Molecular Imaging. 10, 67-73 (2008).
    5. Morris, E. D., et al. ntPET: a new application of PET imaging for characterizing the kinetics of endogenous neurotransmitter release. Molecular Imaging. 4, 473-489 (2005).
    6. Normandin, M. D., Morris, E. D. Estimating neurotransmitter kinetics with ntPET: A simulation study of temporal precision and effects of biased data. NeuroImage. 39, 1162-1179 (2008).
    7. Normandin, M. D., Schiffer, W. K., Morris, E. D. A linear model for estimation of neurotransmitter response profiles from dynamic PET data. NeuroImage. 59, 2689-2699 (2012).
    8. Christian, B. T., Vandehey, N. T., Floberg, J. M., Mistretta, C. A. Dynamic PET denoising with HYPR processing. Journal of Nuclear Medicine: Official publication, Society of Nuclear Medicine. 51, 1147-1154 (2010).
    9. Ichise, M., et al. Linearized reference tissue parametric imaging methods: application to [11C]DASB positron emission tomography studies of the serotonin transporter in human brain. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 23, 1096-1112 (2003).
    10. Benowitz, N. L. Pharmacology of nicotine: addiction, smoking-induced disease, and therapeutics. Annual review of pharmacology and toxicology. 49, 57-71 (2009).
    11. Volkow, N. D., Swanson, J. M. Variables that affect the clinical use and abuse of methylphenidate in the treatment of ADHD. The American journal of psychiatry. 160-1918 (2003).
    12. Di Chiara, G., Imperato, A. Drugs abused by humans preferentially increase synaptic dopamine concentrations in the mesolimbic system of freely moving rats. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 85, 5274-5278 (1988).
    13. Barrett, S. P., Boileau, I., Okker, J., Pihl, R. O., Dagher, A. The hedonic response to cigarette smoking is proportional to dopamine release in the human striatum as measured by positron emission tomography and [11C]raclopride. Synapse. 54, 65-71 (2004).
    14. Brody, A. L., et al. Gene variants of brain dopamine pathways and smoking-induced dopamine release in the ventral caudate/nucleus accumbens. Arch. Gen. Psychiatry. 63, 808-816 (2006).
    15. Brody, A. L., et al. Smoking-induced ventral striatum dopamine release. The American journal of psychiatry. 161, 1211-1218 (2004).
    16. Montgomery, A. J., Lingford-Hughes, A. R., Egerton, A., Nutt, D. J., Grasby, P. M. The effect of nicotine on striatal dopamine release in man: A [11C]raclopride PET study. Synapse. 61, 637-645 (2007).
    17. Scott, D. J., et al. Smoking modulation of mu-opioid and dopamine D2 receptor-mediated neurotransmission in humans. Neuropsychopharmacology: official publication of the American College of Neuropsychopharmacology. 32, 450-457 (2007).
    18. Takahashi, H., et al. Enhanced dopamine release by nicotine in cigarette smokers: a double-blind, randomized, placebo-controlled pilot study. Int. J. Neuropsychopharmacol. 11, 413-417 (2008).
    19. Morris, E. D., Fisher, R. E., Alpert, N. M., Rauch, S. L., Fischman, A. J. In vivo imaging of neuromodulation using positron emission tomography: Optimal ligand characteristics and task length for detection of activation. Human Brain Mapping. 3, 35-55 (1995).
    20. Alpert, N. M., Badgaiyan, R. D., Livni, E., Fischman, A. J. A novel method for noninvasive detection of neuromodulatory changes in specific neurotransmitter systems. NeuroImage. 19, 1049-1060 (2003).
    21. Carson, R. E., Barker, W. C., Jeih-San, L., Johnson, C. A. Nuclear Science Symposium Conference Record. 2003 IEEE. 3285, 3281-3285 (2003).
    22. Carson, R. E., et al. Comparison of bolus and infusion methods for receptor quantitation: application to [18F]cyclofoxy and positron emission tomography. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 13, 24-42 (1993).
    23. Smith, S. M. Fast robust automated brain extraction. Human brain mapping. 17, 143-155 (2002).
    24. Floberg, J. M., et al. Improved kinetic analysis of dynamic PET data with optimized HYPR-LR. Medical physics. 39, 3319-3331 (2012).
    25. Martinez, D., et al. Imaging human mesolimbic dopamine transmission with positron emission tomography. Part II: amphetamine-induced dopamine release in the functional subdivisions of the striatum. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 23, 285-300 (2003).
    26. Montgomery, A. J., et al. Correction of head movement on PET studies: comparison of methods. Journal of nuclear medicine : official publication, Society of Nuclear Medicine. 47, 1936-1944 (2006).
    27. Yoder, K. K., Wang, C., Morris, E. D. Change in binding potential as a quantitative index of neurotransmitter release is highly sensitive to relative timing and kinetics of the tracer and the endogenous ligand. Journal of nuclear medicine : official publication, Society of Nuclear Medicine. 45, 903-911 (2004).
    28. Wang, S., et al. The 9th International Symposium on Functional Neuroreceptor Mapping of the Living Brain, (2012).
    29. Ginovart, N. Imaging the dopamine system with in vivo [11C]raclopride displacement studies: understanding the true mechanism. Molecular imaging and biology : MIB : the official publication of the Academy of Molecular Imaging. 7, 45-52 (2005).
    30. Sullivan, J. M., Kim, S. J., Cosgrove, K. P., Morris, E. D. The 9th International Symposium on Functional Neuroreceptor Mapping of the Living Brain., NRM12, (2012).
    31. Miller, R. G. Simultaneous Statistical Inference. 2nd, (1981).
    32. Paterson, L. M., Tyacke, R. J., Nutt, D. J., Knudsen, G. M. Measuring endogenous 5-HT release by emission tomography: promises and pitfalls. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 30, 1682-1706 (2010).
    33. Ridler, K., et al. Characterization of in vivo pharmacological properties and sensitivity to endogenous serotonin of [11C] P943: a positron emission tomography study in Papio anubis. Synapse. 65, 1119-1127 (2011).
    34. Cosgrove, K. P., et al. Assessing the sensitivity of [(1)(1)C]p943, a novel 5-HT1B radioligand, to endogenous serotonin release. Synapse. 65, (1), 1113-1117 (2011).
    35. Finnema, S. J., et al. Fenfluramine-induced serotonin release decreases [11C]AZ10419369 binding to 5-HT1B-receptors in the primate brain. Synapse. 64, 573-577 (2010).
    36. Finnema, S. J., Varrone, A., Hwang, T. J., Halldin, C., Farde, L. Confirmation of fenfluramine effect on 5-HT(1B) receptor binding of [(11)C]AZ10419369 using an equilibrium approach. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 32, (11), 685-695 (2012).
    37. Morris, E. D., Yoder, K. K. Positron emission tomography displacement sensitivity: predicting binding potential change for positron emission tomography tracers based on their kinetic characteristics. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 27, 606-617 (2007).
    38. Gunn, R. N., Lammertsma, A. A., Hume, S. P., Cunningham, V. J. Parametric imaging of ligand-receptor binding in PET using a simplified reference region model. NeuroImage. 6, 279-287 (1997).
    39. Lammertsma, A. A., et al. Comparison of methods for analysis of clinical [11C]raclopride studies. Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 16, 42-52 (1996).

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