It is a growing concern that outcomes of neuroimaging studies often cannot be replicated. To counteract this, the magnetic resonance (MR) neuroimaging community has promoted acquisition standards and created data sharing platforms, based on a consensus on how to organize and share MR neuroimaging data. Here, we take a similar approach to positron emission tomography (PET) data. To facilitate comparison of findings across studies, we first recommend publication standards for tracer characteristics, image acquisition, image preprocessing, and outcome estimation for PET neuroimaging data. The co-authors of this paper, representing more than 25 PET centers worldwide, voted to classify information as mandatory, recommended, or optional. Second, we describe a framework to facilitate data archiving and data sharing within and across centers. Because of the high cost of PET neuroimaging studies, sample sizes tend to be small and relatively few sites worldwide have the required multidisciplinary expertise to properly conduct and analyze PET studies. Data sharing will make it easier to combine datasets from different centers to achieve larger sample sizes and stronger statistical power to test hypotheses. The combining of datasets from different centers may be enhanced by adoption of a common set of best practices in data acquisition and analysis.

Abstract Dorsal striatal dopamine transmission engages the cortico-striato-thalamo-cortical (CSTC) circuit, which is implicated in many neuropsychiatric diseases, including obsessive-compulsive disorder (OCD). Yet it is unknown if dorsal striatal dopamine hyperactivity is the cause or consequence of changes elsewhere in the CSTC circuit. Classical pharmacological and neurotoxic manipulations of the CSTC and other brain circuits suffer from various drawbacks related to off-target effects and adaptive changes. Chemogenetics, on the other hand, enables a highly selective targeting of specific neuronal populations within a given circuit. In this study, we developed a chemogenetic method for selective activation of dopamine neurons in the substantia nigra, which innervating the rat dorsal striatum. We used this model to investigate effects of targeted dopamine activation on CSTC circuit function, especially in fronto-cortical regions. We found that chemogenetic activation of these neurons increased movement, as expected from dopamine release, rearings and time spend in center, while it also lowered self-grooming and increased prepulse inhibition in females. Remarkably, we observed reduced [ 18 F]FDG metabolism in frontal cortex, following dopamine activation in the dorsal striatum, yet total glutamate levels-in this region were increased. A finding which may help explain the contradiction in some clinical studies of increased [ 18 F]FDG metabolism and lower glutamate levels in diseases like OCD. Taken together, these results establish the importance of nigro-striatal dopamine transmission for modulating CSTC function, especially with respect to fronto-cortical activity, glutamate levels and behaviors related anxiety and compulsive actions. One Sentence Summary Dorsal striatum dopamine induce fronto-cortical hypoactivity and reduce compulsive behaviors in rats

[11C]raclopride is a well established PET tracer for the quantification of dopamine 2/3 receptors (D2/3R) in the striatum. Outside of the striatum the receptor density is up to two orders of magnitude lower. In contrast to striatal binding, the characteristics of extrastriatal [11C]raclopride binding quantification has not been thoroughly described. Still, binding data for e.g., neocortex is frequently reported in the scientific literature. Here we evaluate the validity and reliability of extrastriatal [11C]raclopride binding quantification. Two sets of healthy control subjects were examined with HRRT and [11C]raclopride: i) To assess the validity of extrastriatal [11C]raclopride binding estimates, eleven subjects were examined at baseline and after dosing with quetiapine, a D2/3R antagonist. ii) To assess test-retest repeatability, nine subjects were examined twice. Non displaceable binding potential (BPND) was quantified using the simplified reference tissue model. Quetiapine dosing was associated with decrease in [11C]raclopride BPND in temporal cortex (18±17% occupancy) and thalamus (20±17%), but not in frontal cortex. Extrastriatal occupancy was lower than in putamen (51±4%). The mean absolute variation was 4-7% in the striatal regions, 17% in thalamus, and 13-59% in cortical regions. Our data indicate that [11C]raclopride PET is not a suitable tool for D2/3R binding quantification in extrastriatal regions.

[11C]PBR28 is a positron emission tomography radioligand used to estimate the expression of 18kDa translocator protein (TSPO). TSPO is expressed on glial cells and can function as a marker for immune activation. Since TSPO is expressed throughout the brain, no true reference re- gion exists. For this reason, an arterial input function is required for accurate quantification of [11C]PBR28 binding and the most common outcome measure is the total distribution volume (VT). Notably, VT reflects both specific binding (VS) and non-displaceable binding (VND). Therefore, estimates of specific binding, such as binding potentials (e.g., BPND) and specific distribution vol- ume (VS) should theoretically be more sensitive to underlying differences in TSPO expression. It is unknown, however, if unbiased and accurate estimates of these measures are obtainable for [11 C]PBR28. The Simultaneous Estimation (SIME) method uses time-activity-curves from multiple brain regions with the aim to obtain a brain-wide estimate of VND, which can subsequently be used to improve the estimation of BPND and VS. In this study we evaluated the accuracy of SIME- derived VND, and the reliability of resulting estimates of specific binding for [11C]PBR28, using a combination of simulation experiments and in vivo studies in healthy humans. The simulation experiments showed that VND values estimated using SIME were both precise and accurate. Data from a pharmacological competition challenge showed that SIME provided VND values that were on average 19% lower than those obtained using the Lassen plot, but similar to values obtained using the Likelihood-Estimation of Occupancy technique. Test-retest data showed that SIME-derived VS values exhibited good reliability and precision, while larger vari- ability was observed in SIME-derived BPND values. The results support the use of SIME for quantifying specific binding of [11C]PB28, and suggest that VS can be used in preference to, or as a complement to the conventional outcome measure VT. Additional studies in patient cohorts are warranted.

Abstract The dopamine system plays a significant role in drug reward and the pathogenesis of addiction. Psychostimulant drugs acutely increase dopamine levels, triggering receptor internalization. In vitro data suggest that dopamine D 1 receptors (D 1 R) recycle, whereas D 2 receptors (D 2 R) degrade in response to activation. Yet, receptor fates in vivo remain unclear. This study bridges in vitro mechanisms and in vivo measurements of stimulant-induced modulation of receptor states using longitudinal multi-modal imaging combined with neuropharmacology. We demonstrate how repeated amphetamine administration differentially modulates D 1 R vs. D 2 R signaling in nonhuman primates over 24 hours using simultaneous positron emission tomography and functional magnetic resonance imaging. In contrast to predominantly inhibitory D 2 R signaling due to an initial amphetamine challenge, excitatory D 1 R functional signaling prevails three hours later, while D 2 Rs stay internalized. These results demonstrate differential externalization mechanisms of the D 1 R and D 2 R in vivo and a shift in receptor subtype activation after a dopamine surge.

Abstract The traditional design of PET target engagement studies is based on a baseline scan and one or more scans after drug administration. We here evaluate an alternative design in which the drug is administered during an on-going scan (i.e., a displacement study). This approach results both in lower radiation exposure and lower costs. Existing kinetic models assume steady state. This condition is not present during a drug displacement and consequently, our aim here was to develop kinetic models for analysing PET displacement data. We modified existing compartment models to accommodate a time-variant increase in occupancy following the pharmacological in-scan intervention. Since this implies the use of differential equations that cannot be solved analytically, we developed instead one approximate and one numerical solution. Through simulations, we show that if the occupancy is relatively high, it can be estimated without bias and with good accuracy. The models were applied to PET data from six pigs where [ 11 C]UCB-J was displaced by intravenous brivaracetam. The dose-occupancy relationship estimated from these scans showed good agreement with occupancies calculated with Lassen plot applied to baseline-block scans of two pigs. In summary, the proposed models provide a framework to determine target occupancy from a single displacement scan.