A multimodal genomic imaging study on the effects of nicotine and nicotine withdrawal on brain circuits using simultaneous EEG/EMG, fMRI and PET
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel der vorliegenden Studie war es, die nikotininduzierte Dopaminfreisetzung bei Rauchern und Nichtrauchern zur aufmerksamkeits- und belohnungsassoziierten Hirnaktivierung in Beziehung zu setzen. Dazu diente ein multimodaler Imagingansatz mittels PET/MR am Forschungszentrum Jülich, der zusätzlich noch um die Modalität EEG erweitert wurde. Während der ursprüngliche Plan war, die Studienpopulation der aktuellen Studie aus Rauchern und Nichtrauchern zu rekrutieren, die aus einer bereits genetisch vorcharakterisierten populationsbasierten Stichprobe (N = 2500) entstammen sollten, wurden Probanden schließlich unabhängig vom Genotyp rekrutiert, weil einer der beiden zu untersuchenden Genotypen zu selten ist, um in absehbarer Zeit eine ausreichend große Stichprobe zu rekrutieren. Zusätzliche Verzögerungen ergaben sich durch einen Wechsel des PET-Radioliganden mit dem entsprechenden Untersuchungsprotokoll ([18F]Fallyprid: drei Stunden Datenakquisition nach Bolusinjektion; [11C]Racloprid: eine Stunde Datenakquisition mit Applikation durch Bolus und anschließende konstante Infusion) und die erhebliche Komplexität des Studienprotokolls mit zwei kompletten Messtagen in Jülich. Es konnten dennoch 56 Probanden untersucht werden, davon 55 an beiden Messtagen. In der Gruppe der männlichen Teilnehmer wurden jeweils 25 Raucher und 25 Nichtraucher untersucht werden, die fünf weiblichen Teilnehmer waren sämtlich Nichtraucherinnen. Zwei komplette PET-Untersuchungen liegen von insgesamt 37 Studienteilnehmern vor, vollständige MRT-Untersuchungen an beiden Messtagen konnten bei 43 Teilnehmern vorgenommen werden. Die präliminäre Datenanalyse zeigte in keiner striatalen Subregion einen Unterschied im Bindungspotential für [11C]Racloprid zwischen Rauchern und Nichtrauchern, und auch ein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Gruppen in der nikotininduzierten Dopaminausschüttung konnte bisher nicht gefunden werden. Allerdings steht die Analyse noch aus, ob es einen Reihenfolgeeffekt gibt, d.h. ob die Gabe von Nikotin am ersten Messtag möglicherweise zu einer Sensitisierung des dopaminergen Systems geführt hat, die den Effekt am zweiten Messtag beeinflusst hat. Die Analyse der fMRT-Daten zeigt bisher eine Erhöhung des BOLD-Signals im linken ventralen Striatum in der Go/NoGo-Aufgabe nach Gabe von Nikotin. Auch hier findet sich bisher kein signifikanter Aktivierungsunterschied zwischen Rauchern und Nichtrauchern. Beide Modalitäten, PET und fMRT, weisen jedoch erhebliche interindividuelle Unterschiede hinsichtlich der Reaktion auf die Nikotingabe auf. Durch die Analyse der simultan erhobenen Daten wird es möglich sein, nikotininduzierte Dopaminfreisetzung und kognitive Hirnaktivierung zueinander in Beziehung zu setzen. Dies wird die Zuordnung definierter kognitiver Funktionen zu dopaminerger Funktion bzw. Funktionsstörungen und eine Einschätzung von deren pharmakologischer Beeinflussbarkeit erlauben. Auch die Inbezugsetzung zu den erhobenen Verhaltens- und Persönlichkeitsdaten wird derartige Rückschlüsse erlauben. Diese Analysen, die sich leider durch örtliche Veränderungen der Antragsteller erheblich verzögert haben, werden derzeit durchgeführt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Simultaneous EEG-fMRI measurements: Insights in applications and challenges. Nervenarzt 2014; 85: 671-679
Reese B, Habel U, Neuner I
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00115-014-4012-z) - Association of Common Polymorphisms in the Nicotinic Acetylcholine Receptor Alpha4 Subunit Gene with an Electrophysiological Endophenotype in a Large Population-Based Sample. PLoS One 2016; 11: e0152984
Mobascher A, Diaz-Lacava A, Wagner M, Gallinat J, Wienker TF, Drichel D, Becker T, Steffens M, Dahmen N, Gründer G, Thürauf N, Kiefer F, Kornhuber J, Toliat MR, Thiele H, Nürnberg P, Steinlein O, Winterer G
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0152984) - Multimodal Fingerprints of Resting State Networks as assessed by Simultaneous Trimodal MR-PET-EEG Imaging. Sci Rep 2017; 7: 6452
Shah NJ, Arrubla J, Ravichandran R, Farrher E, Mauler J, Ravichandran R, Rota Kops E, Tellmann L, Scheins J, Boers F, Dammers J, Shripad P, Langen KJ, Herzog H, Neuner I
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41598-017-05484-w) - TRIMAGE: A dedicated trimodality (PET/MR/EEG) imaging tool for schizophrenia. Eur Psychiatry 2018; 50: 7-20
Del Guerra A, Ahmad S, Avram M, Belcari N, Berneking A, Biagi L, Bisogni MG, Brandl F, Cabello J, Camarlinghi N, Cerello P, Choi CH, Coli S, Colpo S, Fleury J, Gagliardi V, Giraudo G, Heekeren K, Kawohl W, Kostou T, Lefaucheur JL, Lerche C, Loudos G, Morrocchi M, Muller J, Mustafa M, Neuner I, Papadimitroulas P, Pennazio F, Rajkumar R, Brambilla CR, Rivoire J, Kops ER, Scheins J, Schimpf R, Shah NJ, Sorg C, Sportelli G, Tosetti M, Trinchero R, Wyss C, Ziegler S; TRIMAGE Consortium
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.eurpsy.2017.11.007)
