Forfatterne takker medlemmerne af Yale PET center kemi team for tracer syntese, de billeddannende team for tracer injektion og image erhvervelse og Ms Sheila Huang for ekspert flow-chart design. Meget af udviklingen af ​​ntPET teknikker blev støttet af R21 AA15077 til E. Morris. K. Cosgrove er støttet af K02 DA031750.

En skitse af hele den procedure, der er beskrevet nedenfor, for at producere multi-slice dopamin film er sammenfattet i flowdiagrammet i figur 1.. <ol><li> Pre-PET MR-skanning Anskaf en strukturel MR-skanning på en separat dag fra PET-scanning. MR scanning vil give en anatomisk reference for PET billeder. Typiske erhvervelse parametre for den strukturelle MRI er: 3D MPRAGE MR puls sekvens med TE = 3,3 msek flipvinkel = 7 grader, slice tykkelse = 1,0 mm, 0,98 x 0,98 mm pixels. <ol><li> Praksis PET / Smoking Session Sørge for emnet til at praktisere rygning bevægelse i PET-skanneren enten før scanningen eller ideelt set på en tidligere besøg i PET center. Dette vil undgå forvirring eller ubehag under selve PET-scanning. Det vil også fjerne trangen til at være i scanneren for første gang. Fordi Siemens HRRT er en høj opløsning hjerne scanner, tunnelen er smalog der er minimal frigang for rygeren at bringe cigaret til hans / hendes mund. Selvom vi har et sofistikeret system til at tackle hoved bevægelse, er det stadig tilrådeligt at have rygeren praksis ryge, mens du prøver ikke at flytte hans / hendes hoved. </li><li> Patient Prep <ol><li> IV linje En IV skal indsættes af en sygeplejerske og klargjort til senere fastgørelse til pumpe, som afgiver sporstof. Sporstof vil blive injiceret i patienten gennem et drop. </li><li> Hoved Motion Monitor Anbringe reflekterende kugler til toppen af ​​hovedet af emnet. Den Vicra head-tracking system lasere meningsmåling position reflekterende kugler med en hastighed på 20 Hz. Kuglerne er knyttet til stive, korsformet &quot;værktøj&quot;, og værktøjet er fastgjort til en Lycra svømme hætte båret af emnet. En real-time visning af positionen af ​​værktøjet skal bruges af undersøgelsens personale til at overvåge hoved bevægelse og for at sørge for, at laseren syste<html> m har en uhindret udsigt over værktøjet og optager hovedet position løbende til senere brug i billedet genopbygning. </li></ol></li><li> Forbered Injektionspumpe <ol><li> Program pumpen med rette infusion paradigme for racloprid at maksimere følsomheden af PET billeder til dopamin udsving i løbet af scanningen, administrere sporstof, 11 C-racloprid, som en indledende bolus efterfulgt af en konstant infusion. For at bestemme de korrekte relative mængder af sporstof, der skal leveres i den indledende bolus vs infusion, følger vi metoden til Carson et al. 22. at beregne forholdet mellem dosis i bolus til infusionshastighed (&quot;Kbol&quot; i enheder af få minutter ) givet kendskab til impuls respons funktion af 11 C-racloprid hos mennesker. Leveringen af ​​sporstof efter en given protokol styres af et internt edb-program, der driver en programmerbar infusionspumpe. </li></ol></li><li> Start Air Filtert &quot;&gt; For at eliminere passiv rygning fra PET suite under rygning, position indtagelsen af ​​en luft-filter (Movex Inc, Northampton, PA) foran scanneren og over fagets hoved. Efterlad plads til et emne til at bringe cigaret til hans / hendes mund under rygning. Filteret er tændt forud for undersøgelsen og anvendes i alle forhold, hvis flere scanninger udføres. </li><li> Transmission scan Anskaf en 9 min transmission scanne før injektion af sporstof og erhvervelse af PET-scanning. Transmissionen er erhvervet for at skabe et 3D kort af det lineære dæmpningskoefficient hele hjernen. Dæmpningen kort bruges i genopbygningen af ​​emission (PET) billeder. </li></ol></li><li> PET-scanning <ol><li> Start injektion og PET-scanning En certificeret nuklearmedicin teknolog skal administrere sporstof. Generelt et hold på to teknologer indleder sporstof administration og PET dataopsamling samtidige<html> ly. </li><li> Ratingskalaer på tidspunktet for rygning Administrere simple spørgeskemaer, oralt til individet umiddelbart før og efter rygning. Rygeren skal bedømme hans / hendes trang, tilfredshed trang, nikotin høj, og følelser af aversion på en skala fra 1-100. </li><li> Smoking For at fange den dopamin reaktion på en naturalistisk rygning oplevelse, instruere rygeren at ryge i sit eget tempo, ryges sit eget mærke af cigaretter, og vigtigst, udføre rygning af ham selv, snarere end har nikotin-eller cigaretten administreres af studiet personel. Rygere - der har været afholdende siden sidste midnat - røg to cigaretter i træk. De generelt tager omkring 10 minutter for at færdiggøre begge cigaretter. </li><li> Ratingskalaer efter rygning (som nævnt ovenfor). </li></ol></li><li> Post-PET-scanning <ol><li> Komplet scanning, sende genopbygningen via Molar hjælp Vicra dataNDHOLDET &quot;&gt; Efter overtagelsen er gennemført, rekonstruere liste-mode data (en registrering af hver enkelt henfald begivenhed med sin tid og sted) i emissions-billeder. Rekonstruktionen algoritme, der anvendes i vores center er en iterativ algoritme (Carson, Barker et al . 21), der korrigerer for bevægelse på begivenheden niveau ved hjælp af de højfrekvente Vicra optagelser. Korrektioner for scatter, dæmpning, død-tid, og normalisering, scanner geometri, og point-spread-funktionen er også inkluderet i algoritmen. Rekonstruktionen producerer en dynamisk serie af 3D PET billeder på forhånd udvalgte tidsrammer. </li><li> MR forbehandling og MR-PET registrering Brug standard algoritmer til at fjerne kraniet fra fagets MR billede 23.. MR skal være de-Skulled før tilpasning til PET, fordi de fleste sporstoffer ikke er taget op af kraniet. </li></ol></li><li> Filtrere de dynamiske PET data med HYPR Påfør en variant afrumlig filtrering metode, Highly Constrained tilbageprojektion (HYPR-LR) til alle PET billeder i en frame-by-frame måde kølvandet på arbejdet i kristne et al. 8,24. Appellen af ​​HYPR-LR er, at det mindsker geografisk støj uden at forringe den tidsmæssige oplysninger på hver voxel, som vi vil bruge til at skabe vores dopamin film. </li><li> Juster PET data til MR-skabelon Juster PET til fagets MR data til afkaster transformationsmatrix 1.. (Dette sker typisk med et billede fra tidligt i PET-scanning.) Register MR data til en standard MR skabelon til at give transformationsmatrix 2.. Kombiner transformationer 1 og 2 at registrere HYPR-filtreret PET data til standardskabelon plads. Dataene er nu i en standard anatomisk rum med isotrope voxels (2 mm x 2 mm x 2 mm). </li><li> Anvend Striatal Mask Racloprid har tilstrækkelig signal til baggrunden kontrast til kun anvendes i striatum. Dette er det område af hjernender er impliceret i stofmisbrug. Efter Martinez et al. 25. anvende en maske af præ-kommissurale striatum (ventrale striatum, bryst caudatus, dorsale caudalis) til alle de PET data i skabelon plads. </li><li> Voxel-baserede anfald af to modeller <ol><li> Vælg de dopamin respons funktioner for lp-ntPET Vælg respons funktioner, der er i overensstemmelse med mulige dopamin svar på stimulus. Ved at vælge en bestemt sæt af responsfunktioner, kan man låse formen og timingen af ​​de estimerede dopamin svar på kurver, der forventes for vores særlige stimulus. For rygning, forventer vi en unimodal stigning og fald af dopamin koncentration (en &quot;gamma-variate&quot; formet kurve). I tilfælde af rygning på 45 min i scanningen, familier respons funktioner med &quot;take-off&quot; tider på 40 min (for at tillade en vis forventning), og senere er inkluderet. </li><li> Påfør lp-ntPET model Monter lp-ntPET model til PET TAC ved hver enkelt voxel i den maskerede regionen i henhold til fremgangsmåden ifølge Normandin et al. 7.. Den operationelle ligning af modellen er vist i figur 3a. Integralet af produktet fra PET TAC med hvert svar funktion bliver et sæt af lineære basisfunktioner, der bidrager til den model (se sidste udtryk i den operationelle ligning). Fordi lp-ntPET er en lineær, basis funktion-metode til montering af dynamiske PET data, kan det gennemføres hurtigt estimere både (a) kinetiske parametre for virkningen af ​​sporstof, og (b) en time-profil for relativ dopamin koncentration ændring under scanningen session ved hver voxel. <ol><li> Opret WSSR maps Optag den vægtede sum af kvadrerede residualer (WSSR) kort over anfald af lp-ntPET til dataene i hver voxel (WSSR lp-ntPET) til brug, nedenfor. Modeltilpasnings ved hver voxel producerer billeder af sporstof parametre: R1, k 2 &lt;/ Sub&gt;, k 2a og γ. R1 er den relative flow værdi, k 2 er efflux kurs i reference-regionen, k 2a er den tilsyneladende efflux sats i målområdet, og γ er størrelsen af dopamin-signalet. Den vægtede sum af kvadrerede residualer ved hver voxel kan opfattes som et billede så godt. </li></ol></li><li> Påfør (konventionelle) multilinear Henvisning Tissue Model (MRTM) Monter MRTM model efter 9 til PET tid aktivitetsdata ved hver enkelt voxel i den maskerede region. MRTM er en lineær model - typisk på dynamiske PET data - der er identisk med lp-ntPET, bortset fra at den mangler en tidsvarierende dopamin sigt. Fitting MRTM til voxel-wise data udbytter estimater af kun tre parametriske billeder: R1, k 2, k 2a. Optag den vægtede sum af kvadrater kort over anfald af MRTM (WSSR MRTM) til data på hver voxel så godt. </li></ol></li> &lt;li&gt; Beregn et F-map Opret en F-kort fra summen af ​​kvadrater maps ved at beregne F-statistik ved hver voxel i masken. F-statistik sammenligner WSSR lp-ntPET til WSSR MRTM, korrektion for forskelle i frihedsgrader i de respektive passer. </li><li> Threshold F-map Threshold F-map til en værdi, der svarer til en sandsynlighed på p &lt;0,05 (baseret på frihedsgrader i modellen passer). Tærsklen er den samme på alle voxel. Binarize kortet for at lave en ny &quot;Betydning Mask&quot;, der bevarer kun de voxler i striatum, hvis PET TAC fit (statistisk) bedre med lp-ntPET end med MRTM. </li><li> Filtrere Betydning Mask Udfør en morfologisk &quot;opening&quot; (erosion efterfulgt af dilatation) om betydningen Mask for at fjerne bittesmå, isolerede klynger af voxels, som vi antager at være på grund af støj. En isotrop 2 x 2 x 2 voxel kerne anvendes til at reflytte isolerede grupper af voxels med diametre på 2 voxels eller mindre. Vi har nu en Final Betydning Mask. </li><li> Opret 4D dopamin film i farver Gemme værdien af den anslåede dopamin kurven normaliseret ved k 2a ved hver voxel i finalen Signifcance Mask. Disse data udgør &quot;normaliserede dopamin billeder&quot; og vil være 4-dimensionelle. De er effektivt, den relative dopamin værdi på hver gang-point for hver voxel sig at have en betydelig dopamin reaktion på stimulus. Opret en farvekodet billedserier ved at anvende en farveopslagstabellen til de normaliserede dopamin billeder. Overlay de farvekodede dopamin billeder på den tilsvarende MR template image. Gem række farvekodede billeder som en *. Png-fil. Det er en single-slice &quot;dopamin filmen&quot;. Arranger dopamin film hver skive indeholder ventrale striatum i én film. Dette arrangement er en multi-slice dopamin film. </li><li> Analyser rygning data og kontrol data similarly Udfør den samme analyse på data fra hver eksperimentel betingelse for at blive undersøgt. Til dette projekt har vi købt og analyseret data for hvert fag i to separate betingelser: rygning og kontrol (ingen rygning). </li><li> Sammenlign ryge til at styre ved at konstruere et sammensat dopamin film Dopamin-film for det samme emne i forskellige forhold, fx baseline eller fingeret opgave vs rygning. Producere en &quot;sammensat dopamin filmen&quot; for et emne for alle skiver af striatum for baseline og rygning. </li><li> Kør filmen Spil det &quot;multi-slice dopamin filmen&quot; (vist i resultater) for at afsløre rumlige og tidslige mønstre, der omfatter hjernens unikke dopaminerge reaktion på ryge cigaretter. </li></ol>

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

Alle forfatterne, at de ikke har noget at afsløre.

Resultaterne i PET litteratur om dopamin reaktion på rygning er usammenhængende 13-18. Der kan være mange årsager til dette. Forskellige metodiske vanskeligheder med ethvert forsøg på at billedet cigaretrygning. I det mindste må man kæmpe med mulige bevægelsesartefakter i data, passiv rygning eksponering for forskere, beskedne og kortvarige ændringer i dopamin, der forårsager kun subtile ændringer på optagelsen og fastholdelse af sporstoffet, 11 C-racloprid . Kunstig induktion af en stor og vedvarende respons af dopamin kunne være muligt ved indgivelse af en IV injektion af en stor dosis af nikotin. Dette ville imidlertid være i strid med vores underliggende mål at skabe dopamin film af cigaretrygning. Vores hensigt var at undersøge så omhyggeligt som muligt det dopaminerge reaktion til hele opførsel af rygning. I afhængighed forskning er en vigtig forskel mellem passiv administrationaf narkotika til et emne og selvforvaltning. Vores mål var at billedet selvadministration - en ryger ryger hans / hendes egen foretrukne cigaretmærke - for at fange og karakterisere den korte dopaminerge reaktion på rygning. PET analyser typisk antage, at virkningerne af et lægemiddel eller anden udfordring er langlivet forhold til scanningen varighed. Imaging rygning kræves således innovationer i modellering og eksperimenter med PET. Kritiske trin i vores protokol Lettere at ryge i scanneren <ol><li> For at billedet selvadministration (dvs. rygning) havde vi for at eliminere passiv rygning, der tilfredsstiller vores Environmental Health and Safety afdelingen. Dette blev opnået ved anvendelse af en bærbar Air Filtration system, der trækker omgivende luft emnet gennem et HEPA-filter for at fjerne partikler. Enheden er udstyret med en klar kuppelformet indtagshætte der kan sænkes over tHan motivets ansigt, men ikke hindre hans / hendes rygning. </li><li> Rygning inducerer head bevægelse - også selvom rygerne er instrueret til at flytte deres hånd og holde deres hoved stadig. Bevægelse under en enkelt tidsramme nedbryder punkt-spredning funktion af scanneren. Altså at det bidrager til at sløre i billederne. Hoved bevægelse under scanning betyder også, at hovedet er i forskellige positioner under emission og transmission. Denne mismatch kan føre til artefakter når transmissionen scanningen er ansøgt at korrigere for dæmpning. Den Vicra head-tracking system behandler begge disse spørgsmål, og er generelt anses for at repræsentere state-of-the-art løsning på problemet 26. </li></ol> Maksimering følsomhed af 11 C-racloprid optagelse til små ændringer i dopamin niveauer <ol start="3"><li> Forrige simulation arbejde ved vores gruppe har vist, at følsomheden over for ændringer i dopamin-niveauet ikke er ens i hele scanningen varighed, hvis sporstoffet er adminstreret via en bolusinjektion 27. På den anden side, fulgte en initial bolus sporstof ved en langsom infusion synes i høj grad at udligne følsomheden af ​​PET data til rygning på ethvert tidspunkt under scanningen. </li><li> Smoking-inducerede ændringer i dopamin er små i forhold til støj i PET data selv. Stærkt Constrained tilbageprojektion Genopbygning (HYPR) 8,24 er en populær metode til at udjævne af fMRI data, der for nylig er blevet anvendt til PET. Denne rumlige udjævning teknik reducerer støj uden udslette den tidsmæssige karakteristika for de data, vi er interesseret i. Det vil sige, omlægninger i den tid-aktivitet kurver, der repræsenterer konkurrencen af sporstoffet med endogent dopamin. Vores foreløbige arbejde 28 indikerer, at der er et optimalt valg af HYPR filter, der maksimerer forskellen i tærskel-F-kort (dvs. forskel i antallet af tilbageholdte voxel) mellem rygning og baseline conditionioner. Den optimale filter (valgt til de fremlagte data) afhænger sandsynligvis korrekt matchning af HYPR kernestørrelse til den omtrentlige størrelse af aktiveringen området (se figur 2). </li><li> Smoking-inducerede ændringer i dopamin er korte. Konventionelle PET analysemetoder ikke velegnet til fangst af forbigående neurotransmitter begivenheder 25,29. Vi har karakteriseret manglerne ved forskellige konventionelle analyser med Simuleringsundersøgelserne og humane data 30. Af disse grunde har vores laboratorium udviklet og valideret en række matematiske teknikker til modellering af effekten af dopamin transienter på PET data 1-7. En nylig innovation ved Normandin et al. 7. var at linearisere vores oprindelige ntPET model, så den kunne anvendes på voxel-niveau. Resultatet af at gøre det er en dopamin film som dem der præsenteres heri. Vigtige aspekter af vores metoder til estimering af dopamin transienter i PET er validerede previously: i rotter gennemgik simultan PET og mikrodialyse 4 og i mennesker udfører en finger trykke opgave 3,4. </li><li> Nogle slags statistisk test er påkrævet for at isolere bonafide ændringer i dopamin som forskellig fra tilfældigheder. Vi har valgt at bruge F-statistik (aka &quot;F-ratio&quot;) for at identificere de regioner (dvs. de voxel) af billedet, der er mest tilbøjelige til at indeholde påviselige og kvantificerbare dopamin svar. F-statistik bruges til at sammenligne summen af ​​kvadraterne af anfald af to indlejrede modeller til samme tid-aktivitetsdata. I dette tilfælde sammenligner vi fit for en konventionel model-fraværende en tidsvarierende dopamin sigt-med vores nyligt indførte lp-ntPET model, der indeholder en tidsafhængig betegnelse for dopamin udsving. Kun de voxels, hvor F-forholdet overstiger en given statistisk tærskel er bevaret i den endelige dopamin film. </li></ol> Begrænsninger for fortolkning af den præsenterede resultat &lt;ol&gt; <li> Prøven præsenteres resultatet her er selvfølgelig ikke en komplet undersøgelse. En grundig undersøgelse af rygning vil indebære en hidtidige tilstand, en rygende tilstand og humbug rygning betingelse for at kontrollere for motion-induceret dopamin frigivelse - til forskel fra bevægelsesartefakt (se ovenfor). Disse undersøgelser er i gang i vores laboratorium. Det skal bemærkes, at konstruere en passende fingeret rygning betingelse er langt fra simpel. For rygere, kan den blotte bringe en slukket cigaret til munden være givende og dermed frigive dopamin. Således vil en kontrol for bevægelse, men ikke til forventning sandsynligvis være en rettet motor bevægelse af sammenlignelig indsats og frekvens til at tage pust på en cigaret, men ikke en bevægelse, der ikke på nogen måde være forbundet med rygning, såsom knap presning eller manuel objektmanipulation . </li><li> Det er velkendt, at hvis tilstrækkeligt sammenligninger er foretaget, vil der være chance fund, der overstiger en given statistisk tærske<html> old 31. Sammenligningerne, vi gør, er mellem anfald af den konventionelle model og tilpasningen af ​​lp-ntPET model på alle voxels i striatum. På nuværende tidspunkt er vi ikke korrigere formelt til flere sammenligninger (fx &quot;Bonferroni korrektion&quot;). I stedet har vi anvendt den dopamin film analyse til en hidtidige tilstand foruden en rygning tilstand. Hvis vores dopamin film af rygning var simpelthen resultatet af chancen, ville vi forvente den samme tæthed af aktivering områder (antal supra-tærskelværdier voxels) i baseline i rygning data. Det er tydeligvis ikke tilfældet (se figur 7). </li><li> Bestemt, reproducerbarhed vores teknik er et vigtigt relaterede spørgsmål. Man ville forvente, at hjernen hos en ryger skal reagere på samme måde ryge en cigaret i dag eller i morgen eller i næste uge. Vi er i øjeblikket engageret i vurderingen af ​​test-retest reproducerbarhed af vores dopamin film. </li></ol> Future jove_content &quot;&gt; Vi har udviklet en ny model af PET sporstofoptagelse i tilstedeværelse af en kortsigtet udsving i endogene neurotransmitter-niveau. Fordi modellen er lineær i parametrene, kan det beregnes hurtigt og nemt på mange voxels. Den endepunkt fitting sådan en model til PET data på en voxel-by-voxel grundlag er en &quot;film&quot;. I undersøgelser med D2-receptoren sporstof, 11 C-racloprid, slutpunktet er en dopamin film. Dopamin er den væsentligste neurotransmitter i hjernen processorkraft at belønne stimuli, der fører til afhængighed. Fordi nogle stimuli (navnlig cigaretter og alkohol) producerer kun milde og sandsynligvis kortvarig dopamin ændres, kan filmene har størst potentiale for at studere misbrug af disse to stimuli. Hvis vi kan bruge vores dopamin film at identificere rumlige og tidslige mønstre af dopamin frigivelse, der er vejledende for afhængighed eller risiko for misbrug, så disse mønstre kan tjene som markører for sygdom, risiko for sygdom og- Under forudsætning af de mønstre er vendbare - indikatorer for (farmakologisk-eller kognitiv) behandlingseffekt. Der er ikke noget om vores film, der begrænser dem til dopamin-systemet. Alt hvad der behøves er en PET sporstof for et mål af interesse, der er følsom over for (dvs. let forskydelige med) udsving i den endogene ligand for det samme mål. Til dato har der været standse fremskridt for at identificere PET sporstoffer, som er pålideligt følsomme over for endogene neurotransmittere andre end dopamin. En gennemgang af serotonin litteratur i 2010, for eksempel, malede tankevækkende billede af vores nuværende begrænsede evne til at opdage serotonin udgivelse med PET 32.. For nylig har der været nogle opmuntrende udviklinger. En række publikationer har rapporteret følsomhed serotonin sporstoffer til stigninger i endogen serotonin i ikke-menneskelige primater 33-36, men feltet venter tilsvarende demonstrationer i mennesker. Som vi har diskuteret andre steder &lt;sup&gt; 37, følsomhed over for ændringer i endogene neurotransmitter koncentrationen synes at bestå af en optimal hastighed på forskydning fra receptoren kombineret med en lethed i udstrømningen af sporstoffet fra væv til blod. Når serotonin ligander er blevet valideret og vist at have sådanne egenskaber, så serotonin-film vil også være muligt. I øjeblikket mest PET-undersøgelser med receptor-sporstoffer føre til dannelse af parametriske billeder. En parametrisk billede er et kort over en given sporstof kinetisk model parameter evalueres ved hver voxel i objektet (dvs. hjernen). Anvendelse af konventionelle modeller såsom SRTM 38,39 eller en-eller to-vævsområderne model giver parametriske billeder af Ri, den regionale flowparameter, eller BP, den regionale binding potentielle værdi. Begge disse parametre er fysiologiske konstanter, der menes at repræsentere processer, der er i steady state. Nogle gange, men systemet og / eller processen intanholdt er ustabilt. Det vil sige, de er forbigående. Dette er tilfældet med den kortlivede reaktion af dopamin til cigaretrygning. Under sådanne omstændigheder er det ikke muligt at karakterisere dopamin forbigående med en enkelt parametrisk billede. Det er heller ikke hensigtsmæssigt at modellere data med en model, der er strengt tidsinvariant i parametre. Der er behov for en model med en tidsvarierende udtryk til at beskrive dopaminkoncentrationen ændringer i striatum i reaktion til rygning. Den naturlige produktion af en sådan model, når det bruges med en dopamin sporstof, er en film af dopamin. Dette er en ny form for funktionel billede output, sandsynligvis vil anspore og kræver nye former for analyse for at maksimere sin nytte.

Trods overvældende beviser for medicinske risici, er tobaksrygning stadig et stort sundhedsproblem. Det er simpelthen svært at stoppe med at ryge. Over 20% af den voksne amerikanske befolkning fortsætter med at ryge, og de ​​fleste rygere, der forsøger at holde op med tilbagefald inden for den første måned 10. Desværre er der kun få tilgængelige behandlinger til at støtte i rygestop og / eller reducere nikotinafhængighed. I vores laboratorium, er vi interesseret i at bruge PET-billeddannelse til at forstå afhængighed og afhængighed for at bidrage til udvikling af ny medicin til rygestop og andre doping. Den hurtige stigning af dopamin i striatum menes at indkode den vanedannende ansvar narkotika og adfærd 11 og den hurtige tilbagevenden af dopamin til baseline kan være relateret til tilbagetrækning og efterfølgende narkotika-søger. For nogle afhængighedsskabende stoffer og adfærd som cigaretrygning, er højden af ​​striatal dopamin meget kortlivede (minutter); the størrelsesorden af ​​stigningen er ikke stort (1-2X baseline), og den rumlige udstrækning af disse svar kan være begrænset til små sub-regioner i striatum. Dyreforsøg viser tydeligt, at nikotin forårsager dopamin frigivelse i nucleus accumbens hos rotter 12.. Men tidlige forsøg-brug af konventionelle analyser - at estimere dopamin ændringer i mennesker under eller efter nikotin eller rygning har givet upålidelige og modstridende resultater 13-18. Nogle af disse undersøgelser tillod rygere til at ryge udenfor scanneren. Andre leverede kun nikotin til emnet. For bedst undersøgelse afhængighed af cigaretter, satte vi ud for at udvikle bedre imaging protokoller og supplere dem med avancerede analyser, som ville tillade os at fange hjernens reaktion på en kvasi-naturlig rygeadfærd. Positron Emission Tomography (PET) er unik blandt hjerne scanning teknikker i forbindelse med evnen til at undersøge kemien af ​​den menneskelige hjerne &lt;<html> em&gt; in vivo. Mange PET sporstoffer findes for at spore dopamin receptorer og mange er modtagelige for konkurrence med endogent dopamin. Desværre de konventionelle metoder af PET billedanalyse estimere steady state mellem bundet til fri sporstof, kendt som bindende potentiale (analog til in vitro-metoder), fra dynamiske PET billeder. En tilsyneladende ændring i steady state forhold (f.eks fra baseline til rygning betingelse) er taget for at indikere dopamin forandring. Men dopamin ændringer relevante for afhængighed er i sagens natur forbigående så skøn en steady state-mængde er behæftet med fejl. Desuden de typiske region-of-renter analyse gennemsnit sporstof koncentration over store anatomisk definerede regioner og vil sandsynligvis gå glip af meget lokaliserede hjernen reaktioner - såsom dem, vi forventer fra cigaretrygning. Tidligere PET-undersøgelser af rygning kan også have lidt af bevægelse af rygere hoveder under rygning i scanneren. jove_content &quot;&gt; Funktionel MRI (fMRI) giver den nødvendige rumlige og tidsmæssige opløsning, som ville være nødvendige for at indfange begivenheder i sub-regioner i striatum på minuttet tidsramme, men fMRI mangler den molekylære specificitet af PET. Den BOLD signal stammer fra . ændringer i blodgennemstrømningen og er derfor neuron og molekylært uspecifik Således har vi udnyttet PET - men på en ny måde Målet med denne protokol var at estimere den korte og lokaliserede dopamin svar til rygning, fordi de menes at ligge til grund for neurokemiske manifestation af. trang og narkotika-søger adfærd. For at estimere dopamin transienter, der er fanget i dynamiske PET billeder lavet med dopamin-receptor-ligander, vi tidligere indført en række kinetiske modeller, samlet benævnt &quot;ntPET&quot; for neurotransmitter PET 1,5,6,19, der var baseret på konventionelle to-vævsområderne model, men blev forstærket af hensyn til den tid-variationen i dopamin og samspillet mellem dopamin og sporstoffet (dvs. konkurrence). Disse modeller er blevet valideret mod en guldstandard. Konkret har vi vist, at vores modeller forudsiger dopamin koncentrationer over tid fra PET data hos rotter, der er i god overensstemmelse med samtidigt erhvervede mikrodialysen målinger 4,7 Fordele:. Den seneste af vores modeller har været enten lineære og ikke-parametrisk (np -ntPET) 1 eller lineære og parametrisk (lp-ntPET) 7.. Den sidste model stammer fra en tidligere lineær model er indført ved Alpert et al. 20.. Linearisering er en vigtig udvikling, fordi det sikrer, at anvendelsen af ​​modeller til at dynamiske data på voxel-niveau er beregningsmæssigt simpelt. I en nylig proof-of-concept papir, var vi i stand til at skabe dopamin film af et menneske udfører en motorisk opgave 3 og vise, at filmene var følsomme over for timingen af motorisk opgave som ville forventes. Movies er repræsentationer af tidsforløbet for dopamin niveauer hver voxel i et billede. Voxel-by-voxel metoder i PET lider generelt lavt signal til støjforhold, så at minimere støjen iboende i voxel-baserede tid-aktivitet-kurver (TAC), vi anvender en innovativ rumfilter, »HYPR &#39;, 8 som en præ -processing trin. Dette trin bevarer vigtige tidsbestemte karakteristika de responderende voxels samtidig reducere støj. Rygning er mere end nikotin levering. Cigaretter indeholder 4.000 kemikalier i tillæg til nikotin. Mens nikotin menes at være hovedansvarlig for de første vanedannende virkninger, alle de andre køer og sensoriske komponenter af rygning bliver forstærkende til sædvanligt ryger. Vi valgte at studere hele opførsel af rygning, hvilket betød, at vi havde brug for at være i stand til at afbilde rygere rygning mens der inde i PET-scanner. Desværre med rygning kommer hoved bevægelse. For at eliminere hoved bevægelsesartefakter i vores billeder, vi bruger Vicra motion-tracking system (NDI Systems, Waterloo, Canada) og event-by-arrangement motion korrektion som en del af en iterativ, opløsning recovery genopbygning algoritme 21.. Vores nye scanning og analysemetoder er designet til at fremkalde og fange korte og lokaliserede dopamin transienter, der er de unikke signaturer af hjernens reaktion på vanedannende stoffer og adfærd. Udføres voxel-by-voxel, producerer vores modeller en dynamisk sæt af billeder af striatale dopamin udsving - altså &quot;dopamin film&quot;. Disse film udgør en ny spatio-temporale biomarkør for afhængighed og kan tjene som en direkte, multi-dimensional indikator for risikoen for afhængighed, og / eller indikator for behandlingseffekt.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicra</td>
			<td>NDI Systems, Waterloo, Canada</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HRRT</td>
			<td>Siemens</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air Filter</td>
			<td>Movex, Inc, Northampton, PA</td>
			<td>LFK 175</td>
			<td>With extractor and clear hood</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>11C-raclopride</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>prepared at Yale PET Center from O-Desmethyl precursor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>O-Desmethylraclopride</td>
			<td>ABX advanced biochemical compounds, Radeberg, Germany</td>
			<td>Product #1510</td>
			<td>Precursor of 11C-raclopride</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Table 1. Materials used.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

creating dynamic images of short-lived dopamine fluctuations with lp-ntpet:  dopamine movies of cigarette smoking

Vi beskriver eksperimentelle og statistiske trin til oprettelse dopamin film af hjernen fra dynamiske PET-data. Filmene repræsenterer minut-til-minut udsving i dopamin induceret ved at ryge en cigaret. Rygeren er afbildet under en naturlig rygning oplevelse, mens andre mulige forstyrrende effekter (såsom head bevægelse, forventning, nyhed eller aversion mod rygning gentagne gange) er minimeret. Vi præsenterer detaljerne i vores unikke analyse. Konventionelle metoder til PET analyse estimat tidsinvariant kinetiske model parametre, som ikke kan fange kortsigtede udsving i neurotransmitter release. Vores analyse - giver en dopamin film - er baseret på vores arbejde med kinetiske modeller og andre nedbrydningsprodukter teknikker, der tillader tidsvarierende parametre 1-7. Dette aspekt af analysen - temporale-variation - er nøglen til vores arbejde. Fordi vores model er også lineær i parametrene, er det praktisk, beregningsmæssigt, at gælde the voxel niveau. Analysen Teknikken består af fem hovedtrin: forbehandling, modellering, statistisk sammenligning, maskering og visualisering. Forbehandlingsfasen påføres PET data med et unikt &quot;HYPR &#39;rumlige filter 8, der mindsker geografisk støj, men bevarer kritisk tidsmæssig information. Modeling identificerer tidsvarierende funktion, der bedst beskriver dopamin effekt på 11 C-racloprid optagelse. Den statistiske skridt sammenligner anfald af vores (lp-ntPET) model 7 til en konventionel model 9.. Maskering begrænser behandling til disse voxel bedst beskrevet af den nye model. Visualisering Maps dopamin funktion ved hver voxel til en farveskala og producerer en dopamin film. Foreløbige resultater og prøve dopamin film af cigaretrygning præsenteres.

Figur 2. Virkningerne af to forskellige HYPR rumlige filtre på glathed af tid-aktivitetsdata på et enkelt striatalt voxel. Øverste række: 11 C-racloprid PET emission billeder fra en 3 minutters ramme centreret ved 46,5 minutter (ikke filtreret, filtreret med en 3 x 3 x 3 voxel kerne, filtreres af et 5 x 5 x 5 voxel kerne). Midterste række: 11 C-racloprid PET emission billeder fra en 3 minutters ramme centreret ved 61,5 minutter (ikke filtreret, filtreret med en 3 x 3 x 3 voxel kerne, filtreres af et 5 x 5 x 5 voxel kerne). Nederste række: tilsvarende tid aktivitet kurver fra samme single voxel placering i venstre dorsale caudat. Bemærk, at den tilsyneladende dyk i 11 C-racloprid optagelse (grund af frigivelse af dopamin) på tidspunktet for rygning er bevaret selv om støj mindskes med større filter størrelse. Figur 3. Et udvalg af repræsentative dopamin respons funktioner, der blev præ-computed til montering af lp-ntPET model PET tid aktivitetsdata ved hver voxel ifølge Normandin et al. 7.. I tilfælde af vores rygning paradigme, begynder cigaretrygning 45 minutter efter sporstof injektion begynder. Selv hvis striatale dopamin svar indkode forventning om rygning - fx på grund af håndtering af cigaret eller andre signaler, der forudsiger rygning - vi begrundet, at de responsfunktioner sikkert kunne begrænses til kurver, der tager fri fra baseline tidligst 5 minutter før rygning (a). Tilsvarende blev kurver begrænset til take-off tider senest 15 minutter efter starten af rygning. Kurver med take-off tider på 40 minutter repræsenterer mulige dopaminerge reaktioner på grund forventning (b) Repræsentative responsfunktioner alle tager fri fra baseline ved 45 minutter,. Det tidspunkt, hvor rygning påbegyndes. 500 forskellige plausible responsfunktioner er genereret. Til illustration &lt;parceller istrong&gt; (a) og (b) viser kun et udsnit af kurveformer og take-off tider. Figur 4.. (A) operationel ligning for lp-ntPET model. Modellen er lineær i parametrene (R 1, k 2, k 2a, γ), som muliggør hurtig opgørelse af parameterestimaterne ved hver voxel i striatale maske. (B) Parametriske billeder af (R 1, k 2, k 2a, γ ) for en enlig coronal hjerne skive for et enkelt emne. Selvom γ alene er den parameter, der koder for størrelsen af ​​en dopamin respons, samtidig vurdering af alle 4 tracer parametre er nødvendig for at tilpasse modellen til den tid-aktivitetsdata ved hver voxel. Figur 5. Anfald af de konventionelle (MRTM) og nye (lp-ntPET) modeller til det tid-aktivitetsdata fra en voxel i venstre caudatus. MRTM pasformen er i blåt. lp-ntPET fit er i rødt. <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; Figur 6. (a) viser den vægtede sum af kvadrerede residualer (WSSR) fra MRTM og (b) fra lp-ntPET passer til dataene i hver striatale voxel. De to WSSR billeder produceret af de samme data sammenlignes producere et kort over F-ratio på hver voxel (dvs. en F-kort), vist i (c). (D) F-map er tærskelværdisammenlignet ved p &lt;0,05 at producere en binær betydning kort (se trin 2.10 i protokollen). For n tidsrammer og 4 parametre for lp-ntPET model, grænsen for den F-statistik svarende til en niveau &lt;0,05 p (for 90 minutter af data binned i 3-minutters frames, er tærsklen 4.23) (e ) betydningen kort filtreres med en morfologisk filter (en &quot;åbning&quot;) for at fjerne bittesmå klynger af voxels, der er mest tilbøjelige til at repræsentere støj. The Final Betydning Mask bevarer kun de voxler i striatum, hvis TAC&#39;erne passer bedre (STATstisk) af lp-ntPET model i modsætning til den konventionelle MRTM model og dermed menes at indeholde en dopaminerg reaktion til rygning. Denne tærskel er ikke korrigere for multiple sammenligninger. I stedet for at beskytte mod falske positive fund, skaber vi Final Betydning Masker til en kontrolgruppe tilstand samt (se figur 7 og protokol Steps 1,8-1,10). Figur 7.. (A) viser en coronal skive af Final Betydning Maske til rygning tilstand i et enkelt emne. Figur (b) viser den endelige Betydning Maske til tilsvarende emne og skive i den hidtidige tilstand. Tilstedeværelsen af klynger af tilbageholdt voxels i masken af rygning i modsætning til den næsten fuldstændige fravær af klynger i masken af kontrol understøtter den påstand, at dopamin-film (se nedenfor) er ikke blot tilfældigheder eller begivenheder relateret til støj i data. (Bemærk: den injicerede aktivitet - etd dermed signal til støjforhold - i udgangspunktet og rygebetingelser var sammenlignelige). Figur 8. Dopamin-film fra en enkelt skive hjerne i koronale orientering viser frame-by-frame dopamin niveau i forhold til den basale (hviler) dopamin-niveau. (A) viser filmen i den hidtidige tilstand, og (b) viser film fra rygning tilstand. Dopamin niveauer er indkodet i farve. Specifikt farverne - vist i farven bar med tilsvarende numeriske værdier - repræsenterer ændringen i dopamin over basisniveauet som en procent af basal. Igen er de dopamin-niveauet kun vist for voxel i den endelige Betydning Mask, der overstiger p &lt;0,05 signifikansniveau. Figur 9. Den multi-slice, multi-tilstand dopamin film til det samme emne som i figur 8 med alle skiver af den ventrale striatum vises samtidig f<html> eller baseline og rygning forhold. <img alt="Figur 1" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50358/50358fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50358/50358fig1.jpg" /> Figur 1. Flowchart for eksperiment og billedanalyse procedurer (ac). <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50358/50358fig1large.jpg" target="_blank">Klik her for at se større figur</a> . <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/50358/50358fig2.jpg" /> Figur 2. Virkninger af HYPR filtre af forskellig kernestørrelse på billeder (top og mellemledere) og tid aktivitet kurver (nederst) på en enkelt voxel. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50358/50358fig2large.jpg" target="_blank">Klik her for at se større figur</a> . <html> / Files/ftp_upload/50358/50358fig3.jpg &quot;/&gt; Figur 3. Eksempler på dopamin respons funktioner, take-off på (a) 40 min eller (b) 45 min post-sporstof injektion. <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/50358/50358fig4.jpg" /> Figur 4.. Parametriske billeder genereret ved at montere lp-ntPET operationel ligning (a) til PET data. (B) billeder svarende til de 4 parametre i modellen, R1, k 2, k 2a, γ er evalueret for striatum og vist overlejret på det tilsvarende MR skive. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50358/50358fig4large.jpg" target="_blank">Klik her for at se større figur</a> . iles/ftp_upload/50358/50358fig5.jpg &quot;/&gt; Figur 5. Anfald af MRTM (blå) og lp-ntPET (rød) modeller til anden aktivitet-data fra en enkelt voxel. <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/50358/50358fig6.jpg" /> Figur 6.. Parametriske billeder af WSSR for (a) MRTM og (b) lp-ntPET. De respektive WSSR Kortene er i forhold til at skabe F-kortet (c), som igen er tærskelværdisammenlignet til en binær maske (d) og derefter filtreret til producere det endelige Betydning Mask. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50358/50358fig6large.jpg" target="_blank">Klik her for at se større figur</a> . <img alt="Figur 7" src="/files/ftp_upload/50358/50358fig7.jpg" /> Figur 7. Sammenligning af Final Signifcance Masker for rygere (a) og kontrol <strong&gt; (b) betingelserne for samme emne. Figur 8.Single-slice dopamin film enkelt emne i kontrol (»Rest«) og rygning forhold. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50358/50358fig8.swf" target="_blank">Klik her for at se Figur 8</a> . Figur 9.Multi-slice dopamin film for enkelt emne i (øverst) rygning og (nederst) kontrol (&quot;Rest&quot;) vilkår. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50358/50358fig9.avi" target="_blank">Klik her for at se Figur 9</a> .

Watch this Scientific Journal Video about Creating Dynamic Images of Short-lived Dopamine Fluctuations with lp-ntPET:  Dopamine Movies of Cigarette Smoking at JoVE.com

Creating Dynamic Images of Short-lived Dopamine Fluctuations with lp-ntPET:  Dopamine Movies of Cigarette Smoking

Vi præsenterer en ny PET-billeddannelse tilgang til at opfange dopamin udsving forårsaget af cigaretrygning. Emner røg i PET-skanneren. Dynamiske PET billeder modelleres voxel-by-voxel i tid med lp-ntPET, som omfatter en tidsvarierende dopamin sigt. Resultaterne er &quot;film&quot; af dopamin udsving i striatum under rygning.

Skabe dynamiske billeder af kortlivede Dopamin Udsving med lp-ntPET: Dopamin film af cigaretrygning

We describe experimental and statistical steps for creating dopamine movies of the brain from dynamic PET data. The movies represent minute-to-minute ...

Research

JoVE Journal

Behavior

Quantitative Assessment of Cortical Auditory-tactile Processing in Children with Disabilities

Kvantitativ vurdering af Cortical Auditory-taktile Processing i Børn med handicap

Objective and easy measurement of sensory processing is extremely difficult in nonverbal or vulnerable pediatric patients. We developed a new methodology ...

Examination of Rapid Dopamine Dynamics with Fast Scan Cyclic Voltammetry During Intra-oral Tastant Administration in Awake Rats

Undersøgelse af hurtige Dopamin Dynamics med Fast Scan Cyklisk voltammetri Under Intra-oral smagsstof Administration i Awake Rats

Rapid, phasic dopamine (DA) release in the mammalian brain plays a critical role in reward processing, reinforcement learning, and motivational control. ...

Sit-to-stand-and-walk from 120% Knee Height: A Novel Approach to Assess Dynamic Postural Control Independent of Lead-limb

Sit-til-stand-og-gåtur fra 120% Knee Højde: En ny tilgang til Vurdere Dynamic Postural kontrol Uafhængigt af Lead-lemmer

Individuals with sensorimotor pathology e.g., stroke have difficulty executing the common task of rising from sitting and initiating gait (sit-to-walk: ...

Creating Virtual-hand and Virtual-face Illusions to Investigate Self-representation

Oprettelse Virtual-hånd og Virtual-ansigt Illusions at undersøge Self-repræsentation

Studies investigating how people represent themselves and their own body often use variants of &#34;ownership illusions&#34;, such as the traditional ...

Ultrasound Images of the Tongue: A Tutorial for Assessment and Remediation of Speech Sound Errors

Ultralyd Billeder af Tongue: En Tutorial for Evaluering og oprydning af Speech Sound fejl

Diagnostic ultrasound imaging has been a common tool in medical practice for several decades. It provides a safe and effective method for imaging ...

fMRI Mapping of Brain Activity Associated with the Vocal Production of Consonant and Dissonant Intervals

FMRI-kortlægning af hjerneaktivitet associeret med vokalproduktion af konsonant- og dissonantintervaller

The neural correlates of consonance and dissonance perception have been widely studied, but not the neural correlates of consonance and dissonance ...

Creating and Applying a Reference to Facilitate the Discussion and Classification of Proteins in a Diverse Group

At oprette og anvende en Reference for at lette drøftelserne og klassificering af proteiner i en forskelligartet gruppe

Related proteins that have been studied in different labs using varying organisms may lack a uniform system of nomenclature and classification, making it ...

Central and Divided Visual Field Presentation of Emotional Images to Measure Hemispheric Differences in Motivated Attention

Central og delt synsfelt præsentation af følelsesmæssige billeder at måle hemisfærisk forskelle i motiverede opmærksomhed

Two dominant theories on lateralized processing of emotional information exist in the literature. One theory posits that unpleasant emotions are processed ...

An Automated Method to Determine the Performance of Drosophila in Response to Temperature Changes in Space and Time

An Automated Method to Determine the Performance of Drosophila in Response to Temperature Changes in Space and Time

En automatiseret metode til at bestemme effektiviteten af Drosophila reaktion på temperaturændringer i rum og tid

Temperature is a ubiquitous environmental factor that affects how species distribute and behave. Different species of Drosophila fruit flies have specific ...

Whole Body Vibration Methods with Survivors of Polio

Hele krop Vibration metoder med overlevende af Polio

The purpose of the original study was to examine the use of whole body vibration (WBV) on polio survivors with and without post-polio syndrome as a form ...