Neural Mechanisms of Monoaminergic Engagement in Late-life Depression Treatment Response (NEMO)
Phase: PHASE4
Conditions: Major Depressive Disorder
Sponsor: Howard Aizenstein

University of Pittsburgh
 
Institutional Review Board
3500 Fifth Avenue
 
Ground Level
 
Pittsburgh, PA 15213
 
(412) 383-1480
 
(412) 383-1508 (fax)
 
http://www.irb.pitt.edu
 
Memorandum
 
To:
Howard Aizenstein 
From:
IRB Ofﬁce
Date:
3/15/2018
IRB#:
MOD18010096-02 / PRO18010096
Subject: Neural mechanisms of monoaminergic engagement in late-life depression treatment response
(NEMO - 2.0)  
The University of Pittsburgh Institutional Review Board reviewed and approved the requested modiﬁcations by
expedited review procedure authorized under 45 CFR 46.110 and 21 CFR 56.110.
 
 
Modiﬁcation Approval Date:   3/15/2018 
Expiration Date:                   2/5/2019 
For studies being conducted in UPMC facilities, no clinical activities that are impacted by the modiﬁcations can
be undertaken by investigators until they have received approval from the UPMC Fiscal Review Ofﬁce.
Please note that it is the investigator’s responsibility to report to the IRB any unanticipated problems involving
risks to subjects or others [see 45 CFR 46.103(b)(5) and 21 CFR 56.108(b)]. Refer to the IRB Policy and
Procedure Manual regarding the reporting requirements for unanticipated problems which include, but are not
limited to, adverse events. If you have any questions about this process, please contact the Adverse Events
Coordinator at 412-383-1480.
The protocol and consent forms, along with a brief progress report must be resubmitted at least one month prior
to the renewal date noted above as required by FWA00006790 (University of Pittsburgh), FWA00006735
(University of Pittsburgh Medical Center), FWA00000600 (Children’s Hospital of Pittsburgh), FWA00003567
(Magee-Womens Health Corporation), FWA00003338 (University of Pittsburgh Medical Center Cancer
Institute).
Please be advised that your research study may be audited periodically by the University of Pittsburgh
Research Conduct and Compliance Ofﬁce.

Section: Triage
    [reviewer notes¬]  
Provide a short title for this study (200 characters or less):
Neural mechanisms of monoaminergic engagement in late­life depression
treatment response (NEMO ­ 2.0) 
T1.0
Select the type of application: 
New Research Study  
 
 
T2.0
Is the proposed research study limited to the inclusion of deceased individuals?  
* No
 
T2.1
 
Are any research activities being conducted at the VA Pittsburgh Healthcare
System or with VA funds?  
 
* No
 
 
    [reviewer notes¬]  
T3.0
What is the anticipated risk to the research participants?
Greater Than Minimal Risk
 
 

Section: Cover Sheet
    [reviewer notes¬]  
CS1.0
What is the reason for this submission?
New Research Protocol Submission
CS1.1
Has this research study been approved previously by the University of Pittsburgh
IRB?
*  No
CS1.1.1
Has this research study (or a substantially similar research study) been previously
disapproved by the University of Pittsburgh IRB or, to your knowledge, by any other
IRB?
*  No
 

Section: Cover Sheet
    [reviewer notes¬]  
CS2.0
Title of Research Study:
Neural mechanisms of monoaminergic engagement in late­life depression
treatment response (NEMO ­ 2.0)
CS2.0.1
    
Requested approval letter wording: 
CS2.1
Research Protocol Abstract: 
 
In this competing renewal (Year 11) of our R01 using fMRI to study late­life depression
(LLD) pharmacotherapy (R01MH076079), the primary aim is to characterize functional
connectivity changes associated with initial medication exposure (12­hour challenge). Our
preliminary data suggests that these initial fMRI changes reflect monoaminergic
engagement, regardless of monoaminergic class, and predict later treatment response. In
the proposed study we test a neural systems level model that response in LLD is mediated
by acute pharmacologically­induced changes in cognitive and affective large scale network.
Depression in older adults is frequently disabling and is often resistant to first­line
treatments, requiring more prolonged treatment trials than in younger adults, mainly due
to its heterogeneous pathophysiology (e.g. vascular and degenerative brain changes).
Currently, there is little neurobiological data to guide changing or augmenting
antidepressant medications. Thus, there has been a heightened focus on tailoring treatment
to optimize outcome as described in the 2015 NIMH draft strategic plan (strategy 3.2).
While antidepressant clinical response may take up to 8 weeks, recent studies suggest that
physiologic changes, as measured with pharmacologic fMRI (phMRI) are seen within 12
hours of starting a new monoaminergic antidepressant (32). For this proposal, we focus on
three major Cognitive and Affective Networks (CAN): the Default Mode Network (DMN), the
Salience Network (SN) and the Executive Control Network (ECN). The proposed model
suggests that monoaminergic engagement leads to core CAN changes, changes that
subsequently are related to overall clinical response as well as response in specific
symptom clusters such as negative bias, somatizations/anxiety and cognitive control. The
same networks that are functionally connected while individuals are at rest, are also
selectively engaged during tasks. Our prior work shows that pharmacotherapy – regardless
of type of antidepressant used ­ engages these specific networks at rest and during
standard cognitive and affective tasks. Given the role of cerebrovascular disease in LLD
treatment response, we will also explore the moderating role of vascular burden on the
proposed association between CAN engagement and treatment response. We will recruit
100 older adults with LLD who will be randomized to receive treatment with either a very
specific serotonin reuptake inhibitor (escitalopram) or a norepinephrine reuptake inhibitor
(levomilnacipram). A pair of fMRI scans one day apart will be used to measure FC
associated with medication titration. We propose to use a very early (12 hours after
initiation of treatment) biomarker of treatment response, which, when validated, would
decrease substantially the waiting time between medication changes. Additionally, our
study will further our understanding of the acute neural system changes associated with
monoaminergic antidepressants; this knowledge of mechanism is essential for both guiding
LLD treatment research, and serving as an engagement target in LLD treatment research.
 
 
CS2.2
Select the category that best describes your research: 
Hybrid ­ includes aspects of BOTH types of research (check this option if your research is
mainly social/behavioral but also involves specimen collection or blood draws to look at
biological measures)
    [reviewer notes¬]  
CS3.0
Name of the Principal Investigator:

Section: Cover Sheet
Howard Aizenstein
Note: Adjunct faculty of the University, including lecturers and instructors, are not
permitted to serve as a PI or Faculty Mentor but may serve as co­investigators. Refer to
Chapter 4 on the HRPO website for more information.
CS3.1
Affiliation of Principal Investigator:
UPitt faculty member 
 
If you chose any of the Pitt options, please indicate the specific campus: 
Main Campus ­ Pittsburgh
 If you chose the UPiƩ faculty member opƟon, provide the PI’s University Faculty Title: 
Professor of Psychiatry, Bioengineering, and Clinical and Translational Science  
CS3.2
Address of Principal Investigator: 
 
 
 
CS3.3
Recorded Primary Affiliation of the Principal Investigator:
U of Pgh | School of Medicine | Psychiatry 
CS3.4
Identify the School, Department, Division or Center which is responsible for
oversight of this research study:
U of Pgh | School of Medicine | Psychiatry 
 
 
CS3.5
Telephone Number of Principal Investigator:
 
CS3.6
Recorded Current E­mail Address of Principal Investigator to which all
notifications will be sent: 
 
CS3.7
Fax Number:
CS3.8
Does this study include any personnel from Carnegie Mellon University, and/or
use any CMU resources or facilities (e.g., Scientific Imaging and Brain Research
Center (SIBR)?
*  No
CS3.9
Is this your first submission, as PI, to the Pitt IRB?  
*  No

Section: Cover Sheet
 
    [reviewer notes¬]  
CS4.0
List of Co­Investigators:  
 
Last
First
Organization
Andreescu Carmen U of Pgh | School of Medicine | Psychiatry
Butters
Meryl
U of Pgh | School of Medicine | Psychiatry
Kim
Tae
U of Pgh | School of Medicine | Radiology
Tudorascu Dana
U of Pgh | School of Medicine | Medicine
 
  
  

Section: Cover Sheet
    [reviewer notes¬]  
CS7.0
Will this research study use any Pediatric PittNet or Clinical and Translational
Research Center (CTRC) resources?
No
 
    [reviewer notes¬]  
CS8.0
Select the entity responsible for scientific review.
 
WPIC SRC ­ Western Psychiatric Institute and Clinic Scientific Review Committee. Note:
Please upload the Research Committee approval notificationin the “Supporting
Documentation” section. 
 
 
    [reviewer notes¬]  
CS9.0
Does this research study involve the administration of an investigational drug or
an FDA­approved drug that will be used for research purposes?
* Yes  
CS9.1
Do you plan to utilize the Investigational Drug Service (IDS) to dispense the
drug? 
* Yes
 
CS10.0
Is this research study being conducted under a University of Pittsburgh­based,
sponsor­investigator IND or IDE application?
 
*  No 
 
If YES, you are required to submit the IND or IDE application and all subsequent FDA
correspondence through the Office for Investigator­Sponsored IND and IDE Support
(O3IS).  Refer to applicable University policies posted on the O3IS website
 (www.O3IS.pitt.edu).
 

Section: Cover Sheet
    [reviewer notes¬]  
CS11.0
Use the 'Add' button to upload one or more of the following:
the sponsor protocol (including investigator initiated studies) and/or
other brochures
the multi­center protocol and consent form template, if applicable 
Name Modified Date
Is this research study supported in whole or in part by industry?  This includes the
provision of products (drugs or devices).   
  
*  No
Is this a multi­centered study? 
 
*  No
 
 
    [reviewer notes¬]  
CS12.0
Does your research protocol involve the evaluation or use of procedures that emit
ionizing radiation? 
 
*  No 
CS13.0
Does this research study involve the deliberate transfer of recombinant or
synthetic nucleic acid molecules into human subjects?
 
*  No
Upload Appendix M of NIH Guidelines: 
Name
Modified Date
 
 
CS14.0
Are you using UPMC facilities and/or UPMC patients during the conduct of your
research study?
 
*  Yes 
 
If Yes, upload completed Research Fiscal Review Form: 
Name
Modified Date
NEMOUPMCFiscal Form Updated2­21­2018.docx
2/21/2018 2:11 PM
 
    [reviewer notes¬]  
CS15.0
Indicate the sites where research activities will be performed
and/or private information will be obtained.
Choose all sites that apply and/or use Other to include sites not listed: 
Sites:
University of Pittsburgh
UPMC
 

Section: Cover Sheet
University of Pittsburgh 
Campus:
Main Campus ­ Pittsburgh
List university owned off­campus research sites if applicable: 
 
UPMC  
Sites:
UPMC Presbyterian
UPMC Western Psychiatric Institute & Clinic
 
 
 
If you selected School, International or Other, list the sites: 
 
*For research being conducted at non Pitt or UPMC sites, upload a
site permission letter granting the researcher permission to
conduct their research at each external site: 
Name Modified Date
 
 
 
 
 
CS15.1
Have you, Howard Aizenstein , verified that all members of the
research team have the appropriate expertise, credentials, and if
applicable, hospital privileges to perform those research
procedures that are their responsibility as outlined in the IRB
protocol? 
*  Yes
 
CS15.2
Describe the availability of resources and the adequacy of the
facilities to conduct this study:
*  This study brings together a highly experienced research team with
experience in study coordination, recruitment, psychiatric evaluations,
administration of research quality assessments and tools, and the actual
implementation and conduct of studies. There is sufficient private office
space available for investigators and project staff. 
 
Geriatric Psychiatry Neuroimaging Lab (GPN) (Director: Howard
Aizenstein, M.D., Ph.D. http://www.gpn.pitt.edu/GPN/About_Us.html):
GPN uses structural and functional magnetic resonance imaging (fMRI) to
study the brain changes associated with aging. On­going functional
magnetic resonance imaging (fMRI) studies aim to relate the cognitive
and affective symptoms in the elderly to the functional neuroanatomy.
The GPN Lab is located in Thomas Detre Hall, the main building of
Western Psychiatric Institute and Clinic (WPIC), and is fully equipped to
conduct neuroimaging analyses and data management. The GPN image
processing lab consists of 25 multi­ processor Macintosh workstations
connected on a GB local area network to a Mac Pro server. The computers
share access to an array of raided drives containing a total of 35
terabytes of storage. The data are backed up monthly to multiple tape
sets using an LT05 Quantum Tape Drive and Retrospect, tapes, which are
stored both on and off­site. The workstations have all necessary software
for structural and functional neuroimaging analysis, including Matlab,
AFNI, NIS, ITK, VTK, MIPAV, ImageJ, and FSL.Additionally, the computers
 

Section: Cover Sheet
run the Microsoft Office software suite, including Word, PowerPoint, and
Excel. All computers are connected (via a 100 MB line) to the UPMC
network (in addition to the GB LAN). All computers utilize the WPIC office
of Academic Computing (OAC) Network. 
 
The GPN office space includes twelve offices and a computer lab, which
contains networked image processing workstations. Office space is
provided for faculty, research staff, post­doctoral fellows, and graduate
and undergraduate students. 
 
 
Magnetic Resonance (MR) Research Center 
The MR Research Center (MRRC) is a state of the art facility located 
 UPMC Presbyterian supporting an MR Research Program.
The Program is built around development and application of acquisition
and image reconstruction schemes for clinical as well as research MRI
studies. The Center opened September 1994. The center has access to
medical support facilities and staff. All scanners are equipped with MRI­
compatible cardiac EKG equipment and blood oxygen monitors. The
scanners are operated by registered MR Technologists..  
Instrumentation: The MR Research Center houses three Siemens Medical
Systems 3 Tesla Magnetom TIM Trio scanners. TIM, Total Imaging Matrix,
is an innovative RF system and coil design that allows for whole body
scanning without coil changes and subject repositioning. These systems
are dedicated to research studies, primarily focused on the development
of functional MRI, investigation of novel contrast mechanisms, and
applications in Neuroscience, Psychology, and Neurosurgery. 
The magnet rooms are magnetically, acoustically and RF shielded. The
compact superconducting magnet (198cm or 6’ 6” long) can
accommodate a 50cm field of view and has excellent homogeneity,
typically 1.2 ppm, based on 24 plane plt, 50cm Diameter Sphere Volume.
The Audiocomfort feature combines hardware and software to reduce
acoustic noise up to 20 dB (A) compared to conventional 3T systems. The
system has a top of the line gradient system with 45mT/m maximum
amplitude, and a slew rate of 200T/m/sec with a 100% duty cycle. It also
includes up to 102 seamlessly integrated coil elements with up to 32 RF
channels and PAT up to 16. All conventional and echo planar MR imaging
and MR angiographic functions (both phase contrast and time­of­flight
methods) are supported. Two of the scanners operate under version VB15
software that provides multi­nuclear capabilities not previously available
under the TIM platform. The third scanner was recently upgraded to the
TIM platform with version VB17 software and is dedicated to the
Osteoarthritis Initiative, or OAI, a multicenter, longitudinal, prospective
observational study of knee osteoarthritis (OA). 
The fifth scanner, a Siemen's Biograph mMR scanner, was installed in the
MR center on May 2012 and is now operational. This state­of­the­art
scanner allows simultaneous acquisition of whole­body MR and PET. The
mMR utilizes a 3T niobium–titanium magnet (length: 163 cm; bore: 60
cm), an actively shielded whole­body gradient coil (length: 159 cm;
amplitude: 45 mT/m; slew rate: 200 T/m/s), and a radiofrequency body
coil (peak power: 35 kW; transmitter bandwidth: 800 kHz). The MR
system can acquire a 0.5–50 cm FOV, with a 2D slice thickness of 0.1 ­
200 mm, 3D slab thickness from 5 ­ 500 mm, maximum matrix size of
1,024 elements, and maximum resolution of 9 mm. A PET detector
assembly exists between the gradient and radiofrequency coils: 8 rings of
56 detector blocks, 8x8 LSO crystals (4x4x20 mm) per block, coupled to
an array of 3x3 APDs for a total of 4,032 channels. The PET system (127
planes; transaxial FOV: 59.4 cm; axial FOV: 25.8 cm) can acquire static
multibed and list­mode data in 3D mode. (Delso et al., JNM 2011;
52:1914–1922). 
Radiofrequency Coils: 
­ A 32­channel receiver array head­coil for parallel imaging capabilities is
available on both 3T systems. 
­ A 32­channel receiver array head­coil with 20­ch transmit array  

Section: Cover Sheet
 
Mock Scanner/MRI Simulator: The Center houses a mock MRI scanner
that can be used to acclimate adults and children to the MRI scanner
environment. The mock scanner includes a mock head coil, Motrak head
motion monitoring system that tracks participant movement during a
simulated scan, and a computer running Eprime software for visual and
auditory stimulus presentation and recording of subject feedback.  
 
Eye Tracker: Two of the 3.0T scanners are fitted with MRI­compatible eye
tracking monitoring and recording systems (ASL, Bedford, Massachusetts)
The EYE­TRAC®6 series uses optics that provide optimum pupil image
contrast in most indoor environments. The systems include control units
with long­range remote optics and multi­speed camera with telephoto
lens needed for the MRI environment, two 9 inch black and white
monitors, one 5 inch LCD monitor for the MRI scan room, and the EYEPOS
package for real­time conversion of the eye movements into numerical
pupil position and diameter data streams. The system includes a custom
PC with two frame grabbers, one capable of supporting 240 Hz eye
imaging, and the other capable of recording to disk the entire image of
the eye during the MRI scan. 
 
Physiological Monitoring Equipment: A Veris MR compatible physiological
monitor (MEDRAD, Indianola, PA), is available with one of the 3T
scanners. The system includes a variety of blood pressure cuff sizes,
flexible grip pulse oximeter probes, two channels of skin surface
temperature utilizing fiber optic technology and is capable of analyzing
mixed gases and anesthetic agents. 
 
Computing, Networking And Data Transfer: Three independent, but
interconnected, LAN’s support the operation of the MRRC: a research
network, an administrative network and a scanner network. All systems
are interfaced to a high­speed (Gigabit) local area network for data
transfer to workstations for analysis. The scanner network operates on a
combination of thin­wire Ethernet and 1Gb/s switched router. This
network provides low latency access to all computers supporting the
different subsystems for the scanners and is connected through a router
to the research and administrative networks. The computational power for
the research network is supplied by an 8 CPU Silicon Graphics Power
Challenge L serve, a 32 CPU Linux server a Linux cluster (4x2.0GHz dual­
core opterons). The SGI servers have 2GB of RAM and the Linux servers
have 4GB of RAM. Together they provide over 12TB of online data
storage. Access to the servers is performed through multiple Linux PC
workstations. A 1Gb/s LAN interconnects all computers on the research
network. Commercial software for image analysis (AVS, SAGE, IDL,
Analyze, MATLAB) as well as freeware packages (FSL, SPM) complements
the development of customized software for individual projects. 
The administrative LAN operates on a 100Mb/s Ethernet and is connected
by router to the other two LAN’s. The administrative LAN includes Apple
Macintosh OS X, Windows XP and PC's, 3 high­speed 600dpi laser printers
and one color laser printer. Available software includes packages for word
processing, relational database, image display and processing,
presentation graphics and communications. The administrative and
research LAN’s can communicate through a router to the Radiology
Department's Novell Netware­based Ethernet LAN. The administrative LAN
system has access to Novell file server and e­mail systems permitting file
sharing and communication with other department members. This
connection also provides access to the University of Pittsburgh computer
networks and from there to the worldwide Internet network for intra­ and
extra­mural collaboration, respectively. 
Quality Assurance: MRRC defined quality assurance procedures are in
place for all scanners. These include daily signal stability scans for echo
planar imaging (1% maximum RMS over a continuous 30 minute
acquisition with a 64x64 matrix size) and daily signal­to­noise
measurements with the standard RF head coil. One of the 3T Scanners is

Section: Cover Sheet
accredited by the American College of Radiology. The MR Research Center
has maintenance agreements with the scanner manufacturers that
guarantee service in less than 12 hours whenever daily stability scans fail
to meet the required specifications.  
 
Radio Freqency Research Facility (Director: T.S. Ibrahim, Ph.D.) 
The RF Research Facility (BST3 building at University of Pittsburgh)
contains all the necessary equipment for electromagnetic testing including
3 network analyzers, RF and LF impedance analyzers, frequency
synthesizer and oscilloscopes. The associated mechanical workshop has a
lathe and milling machine with accessories for fabrication of metal,
fiberglass and plastic supports for antennas, coils and phantoms. 
Equipment pertinent to this project in the RF Research Facility includes: 
­ 12­channel network analyzer 
­ Access to a 3D printer 
­ RF conductivity and dielectric constant meter 
­ DAK: high­precision dielectric measurement system for fast and reliable
evaluation of liquids, solids and semi­solids 
­ 8­channel fiber optic thermometry 
­ Chemistry kits for designing biological phantoms 
 
Computational Capabilities in RF Research Facility: 
There are advanced computing resources that are available for the PI’s
research group including:  
­ Super computer cluster dedicated to Dr. Ibrahim’s research 
­ +352­Core/1.3TB (RAM) 64­bit Opteron Archituicture 
 
Office: Dr. Ibrahim has an office (~150 Sq. ft.) in Biomedical Science
Tower 3 (where the RF Research Facility is located.) Dr. Ibrahim’s
research group includes post­doc/student office space in BST3.  
 
Bioengineering 7T Research Program 
The Departments of Bioengineering and Radiology have longstanding
financial and operational agreement in place regarding the 7 Tesla (7T)
Human MRI system. Dr. Ibrahim’s Research Lab occupies the 7T Human
MRI scanner two full days per week (Tues and Weds). 
 
7T human MRI scanner is housed in the basement of the Biomedical
Science Tower in the same building and floor as the RF Research Facility.
This 7T system is a Siemens retrofit of a GE magnet. As part of this
retrofit, the scanner was upgraded to 32 independent receive channels,
each of them with multi­nuclear capabilities. To achieve high slew rate,
the scanner is fitted with a head only, removable, gradient set capable of
80mT/m gradients and 800mT/m/s slew rate. Finally, the 7T supports
parallel transmission capabilities with the addition of a parallel
transmission unit from Siemens Medical Systems. This unit provides 8
independent transmission channels as well as support for additional
gradient controllers that could be used for dynamic shimming
applications. 
 
The Geriatric Neuropsychology Research Program (Director: Meryl A.
Butters, Ph.D.) 
The Geriatric Neuropsychology Research Program (GNRP), located within
Department of Psychiatry and the Western Psychiatric Institute and Clinic
(WPIC), is a suite of six offices and two testing rooms. These offices are
occupied by Dr. Butters, a post­doctoral scholar, a program coordinator,
two project coordinators and four full­time research
specialists/neuropsychology examiners. The GNRP also occupies a full­
time testing room and office in the Late­Life Mood Disorders clinic located
in Bellefield Tower.  
 
The GRNP research specialists are well­trained neuropsychological
examiners. The GNRP maintains a full library of neuropsychological tasks
including traditional paper and pencil and newer computerized tests. The

Section: Cover Sheet
GNRP typically serves from 15­20 funded research studies, including
those on which Dr. Butters serves as PI and all studies affiliated with the
GPN as well as ancillary studies being conducted throughout the UPMC.
The examiners administer neuropsychological assessments to geriatric
participants in a number of settings, including the GNRP, PCP offices,
participants’ homes and institutions such as nursing homes. Staff of the
GNRP regularly train neuropsychological examiners who work on studies
both within the University of Pittsburgh and elsewhere. GNRP staff
monitor both their own performance and that of other examiners working
in separate studies through regular inter­rater reliability assessment. The
GNRP has numerous computers (including 9 PCs and 3 lap tops for
general use, 5 tablet PCs for computerized tests, and 4 iPads for NIH
Toolbox.
 
    [reviewer notes¬]  
CS16.0
Special Research Subject Populations: 
Categories
None
    [reviewer notes¬]  
CS17.0
Does your research involve the experimental use of any type of human stem cell? 
 
*  No
 

Section: Section 1 ­ Objective, Aims, Background and Significance
    [reviewer notes¬]  
1.1
Objective: What is the overall purpose of this research study?  (Limit response to 1­
2 sentences.) 
The primary aim is to characterize functional connectivity changes associated with initial
medication exposure (12­hour challenge). In the proposed study we test a neural systems
level model that response in late life depression (LLD) is mediated by acute
pharmacologically­induced changes in cognitive and affective large scale network. 
 
 
 
1.2
Specific Aims: List the goals of the proposed study (e.g., describe the relevant
hypotheses or the specific problems or issues that will be addressed by the
study). 
We will recruit 100 older adults with late life depression (LLD) who will be randomized to
receive treatment with either a very specific serotonin reuptake inhibitor (escitalopram) or
a norepinephrine reuptake inhibitor (levomilnacipram). PhMRI (a pair of fMRI scans one day
apart) will be used to measure FC associated with medication titration.  
Aim 1: Responders versus non­responders: Compare how phMRI probe relates to later
treatment response. 
Hypo 1.1: Across the whole group (both medications), the change in functional connectivity
(FC) associated with a 1­day pharmacologic probe will differ in responders compared to
non­responders. Compared to non­responders, treatment responders will have a decrease
in Default Mode Network (DMN) and an increase in Salience network and Executive Control
Network (ECN) FC at rest and during task. 
Hypo 1.2: The relationship between early FC change at rest and during task and response
group is independent of medication class. 
Aim 2: Associations of Networks with Symptom Clusters: Characterize how monoaminergic
engagement of Cognitive and Affective Networks (CAN) is associated with specific clinical
components of LLD response. 
Hypo 2.1: Changes in FC associated with a 1­day pharmacologic probe in each of the three
canonical networks will predict improvement from baseline to 12 weeks in overall
depression severity as well as in a specific symptom cluster: DMN changes at rest ­­
negative bias; ECN changes during cognitive challenge ­­ cognitive control; Salience
network changes during affective regulation ­­ somatization/anxiety. 
Hypo 2.2. Increase of dACC centrality from baseline to 12 weeks will predict overall
improvement in depression severity. 
Aim 3: Integration with established clinical and biological markers of LLD treatment
response.  
Hypo 3.1: Early CAN engagement is a better predictor of treatment response compared to
other biological (cerebrovascular burden) or clinical markers (depression severity, comorbid
anxiety, early clinical response). 
IMPACT: The study will test a mechanistic model that describes the treatment­related
dynamic changes of the core cognitive and affective networks (CAN) at rest and during
standard behavioral tasks. If proven that treatment response may be identified very early
during a medication trial, our study results would have a notable clinical impact, as they
would allow for earlier strategizing of treatment plans in LLD. 
 
1.3
Background: Briefly describe previous findings or observations that provide the
background leading to this proposal.  
Very recent data has shown that brain's intrinsic connectivity can be altered by acute
serotoninergic(1),(2, 3) or noradrenergic(4) 1­ or 7­day challenge in healthy subjects(5).
No data is so far available for LLD subjects. The data reflecting early FC changes are
consistent with PET (6) and ­ more recent ASL(7) ­ studies reporting differences in
monoaminergic occupancy and cerebral blood flow(8) after a single dose of SSRI. This
opens the way for investigating connectivity changes induced by pharmacological
modulation(1). However, as this is a new area of research much is still unknown. The data
reported so far is promising enough to warrant a change in the approach to treatment­
induced neural changes from the classic pre/post­treatment fMRI analysis. If confirmed,
these very early markers of treatment response could be a guide in clinical decision­
making. Given the widespread distribution of the monoaminergic projections, a network­
based approach offers a more realistic picture of serotonin/ norepinephrine impact on CNS
compared with a region­based approach.  
The functional signal measured with phMRI reflects a combination of acute
 
 
 

Section: Section 1 ­ Objective, Aims, Background and Significance
pharmacodynamic effects on the monoaminergic neurons targeted by the antidepressants,
and acute compensatory responses, due in part to auto­receptor and inter­neuron
feedback. These secondary effects maintain a balance between 5­HT2 and NE post­synaptic
activity, and may explain the similar efficacy pattern across these medication classes(9).
The acute effects are believed to induce the longer­term changes necessary for clinical
response(9, 10).  
 
We hypothesize that acute FC changes are similar regardless of medication class. In order
to test this, subjects will take a SSRI (escitalopram) or a (relatively) selective
norepinephrine reuptake inhibitor (levomilnacipram). Unlike venlafaxine, desvenlafaxine or
duloxetine, in vitro studies of levomilnacipram have shown that, although it inhibits the
reuptake of both serotonin and norepinerphine, it is a three­fold more potent inhibitor of
norepinephrine reuptake from initial doses(11, 12). There are several other antidepressant
medications, with different profiles, such as bupropion, a medication with a combined
dopaminergic/noradrenergic/serotoninergic effect, mirtazapine or vortioxetine ­ both
medications with partial serotoninergic agonist effects, or more non­specific monoamine
inhibitors such as tricyclic antidepressants and monoamine oxidase inhibitors. We chose
these two molecules as 1) they represent relatively specific serotoninergic and
noradrenergic drugs, 2) they have safe side­effect profiles for the geriatric population
(compared to other medications such as nortriptyline) and 3) they capture the spectrum of
the most frequently used drugs in the geriatric population, thus increasing the clinical
translation potential of our study. 
 
 
1.4
Significance: Why is it important that this research be conducted? What gaps in
existing information or knowledge is this research intended to fill?  
The results of this study will have two potential outcomes. First, from a clinical translation
perspective, very early changes associated with treatment response may alter the current
treatment decision­making process, which relies entirely on clinical changes seen several
weeks after the treatment initiation. The results of our study would help validate a
treatment­decision process based on biomarkers of response. FMRI has not yet been
incorporated into LLD treatment guidance, likely because of limited effect sizes and the
challenge of operationalizing pre­treatment markers of response prediction into
pharmacotherapy heuristics. Nevertheless, the number of studies using rsfMRI is reaching a
critical mass and this technique may develop into an effective tool for personalized
medicine52. Rather than waiting 3­6 weeks to determine if an intervention is effective, fMRI
markers of treatment response will allow for faster and more efficient pharmacologic
titration. Second, from a disease mechanism perspective, the results would help
characterize the early neural system changes associated with typical antidepressant
treatment, and thus clarify our understanding of the mechanisms of treatment response in
LLD. This is essential for development of improved prevention and treatment strategies.
Moreover, the study will describe markers that can be used to accelerate drug discovery
through their use as an early marker of target engagement, much as amyloid imaging is
serving as a primary end­point in identifying effective anti­amyloid therapies for Alzheimer’s
disease78.
 

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
    [reviewer notes¬]  
2.1
Does this research study involve the use or evaluation of a drug, biological, or
nutritional (e.g., herbal or dietary) supplement?
*  Yes
2.1.1
Does this research study involve an evaluation of the safety and/or effectiveness
of one or more marketed nutritional (e.g., herbal or dietary) supplements for the
diagnosis, prevention, mitigation or treatment of a specific disease  or condition or
symptoms characteristic of a specfic disease or condition?
* No
 
    [reviewer notes¬]  
2.1.2
Does this research study involve the use or evaluation of one or more drugs or
biologicals not currently approved by the FDA for general marketing?
*  No
 

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
    [reviewer notes¬]  
2.1.3
Does this research involve the use or an evaluation of the effectiveness and/or
safety of one or more drugs or biologicals currently approved by the FDA for
general marketing?  
 
*  Yes 
 
 
 
2.1.3.1
Are the FDA­approved drugs or biologicals being evaluated in this research study
for a new clinical indication, different population, or route of administration
and/or dosage level that is not currently specified in the FDA­approved product
labeling?
Drugs are often used Off­Label during routine practice.  Before answering this question,
review the FDA product labeling (http://labels.fda.gov) for the approved "Indications and
Usage."  If being used off­label, answer Yes to this question.  You are required to provide
information and/or upload the package insert for each drug that is administered for
research purposes.
* No 
 
If you respond YES, an IND number or the FDA written concurrence of IND exemption may
be required. 
 
Upload information on FDA approved indications/doses and FDA exemption letter
if applicable: 
Name
Modified Date
Fetzima label.pdf
1/8/2018 9:51 AM
escitalopram label.pdf
1/8/2018 9:31 AM
 
 
    [reviewer notes¬]  
2.2
Will this research use or evaluate the safety and/or effectiveness of one or
more devices?
 
*  No 
 
 

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
    [reviewer notes¬]  
2.3
Summarize the general classification (e.g., descriptive, experimental) and
methodological design (e.g., observational, cross­sectional, longitudinal,
randomized, open­label single­blind, double­blind, placebo­controlled, active
treatment controlled, parallel arm, cross­over arm) of the proposed research
study, as applicable.
The proposed phMRI study will use a randomized clinical trial (RCT) of escitalopram versus
levomilnacipran.
2.3.1
Does this research study involve a placebo­controlled arm?
*  No

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
    [reviewer notes¬]  
2.4
Will any research subjects be withdrawn from known effective therapy for the
purpose of participating in this research study?
*  Yes 
 
2.4.1
Provide a justification for discontinuing subjects from known effective therapy for
the purpose of study participation.
The only way participants will be tapered off of their current medication and subsequently
allowed into the study is if their depression is non­remitting, despite current use of
medication.  
 
High doses of benzodiazepines (>2 mg of lorazepam daily, or equivalent) are known to
affect brain function, so we will work with patients to lower their daily dosage to be equal to
or below this range. Participants will be required to switch from longer acting
benzodiazepines (e.g. clonazepam) to lorazepam (if the equivalent dose of other longer
acting benzodiazepines is less than 2 mg lorazepam/day). Participants on high doses of
benzodiazepines (e.g., greater than or equivalent to 2 mg of lorazepam/day) will be
excluded given the complexity and potential complications of benzodiazepine
taper/withdrawal. Close clinical monitoring will occur during this time. Patients will be told
that they can choose to discontinue the tapering at any time, or may choose to not taper at
all. These patients will be referred for appropriate psychiatric care. 
2.4.2
Describe the risks to subjects associated with discontinuing them from known
effective therapy for the purpose of study participation.
There is a chance that the subject's depression could worsen if they are in the process of
tapering from one antidepressant so that they can safely begin this study. The tapering
process will be directed by the medical physicians and will be slow and steady to minimize
symptoms. 
 
Abrupt termination of benzodiazepine use may be accompanied by withdrawal symptoms.
We will mitigate this risk by providing participants with a gradual taper with close clinical
monitoring. Patient education will be provided along with supportive care and available
psychiatric consultation.  
 
Symptoms reported following rapid discontinuation of benzodiazepines include headache,
anxiety, tension, depression, insomnia, restlessness, confusion, irritability, sweating,
rebound phenomena, dysphoria, dizziness, derealization, depersonalization, hyperacusis,
numbness/tingling of extremities, hypersensitivity to light, noise, and physical
contact/perceptual changes, involuntary movements, nausea, vomiting, diarrhea, loss of
appetite, hallucinations/delirium, convulsions/seizures, tremor, abdominal cramps, myalgia,
agitation, palpitations, tachycardia, panic attacks, vertigo, hyperreflexia, short­term memory
loss, and hyperthermia. 
 
 
 
    [reviewer notes¬]  
2.5
Will screening procedures (i.e., procedures to determine research subject
eligibility) be performed specifically for the purpose of this research study?
*  Yes
2.5.1
List the screening procedures that will be performed for the purpose of this
research study.  Do NOT include the inclusion/exclusion criteria in this section as

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
they will be addressed in section 3; questions 3.13 and 3.14.
Screening procedures will take place following informed consent in Western Psychiatric
Institute and Clinic in a private office. 
 
Clinical Assessments (3­5 hours): 
­Participants will complete a Structured Clinical Interview for DSM­IV Disorders (SCID). The
SCID assesses current and lifetime depression and other psychiatric disorders. It will be
used to clarify psychiatric inclusion and exclusion criteria. 
­The Montgomery­Asberg Depression Rating Scale (MADRS) will be used to assess current
depressive symptoms. 
­The Modified Mini­Mental State (3MS) test along with the SCID will be used to assess
presence of dementia. 
­The Cumulative Illness Rating Scale for Geriatrics (CIRS­G) will be used to rule out any
unstable medical conditions or medication contraindications. The Personal Medical History
form will be used to assist in completing the CIRS­G. 
­The Suicidal Ideation Scale (SIS) will be administered to assess presence and severity of
suicidal ideation. 
­The Antidepressant Treatment History Form (ATHF) will be administered to assess history
of treatment response/resistance. 
 
NDA ID Assignment Form: 
­Study staff will administer this form to obtain the personally identifiable information (PII)
necessary to create a GUID for the National Institute of Mental Health Data Archive (NDA).
This information includes (as per the participant's birth certificate): full name, date of birth,
sex at birth,city/municipality of birth, and twin status at birth. We also need to ask if the
participant has a twin. This form will be stored in paper form only, separate from research
data. While the PII is needed to assign and/or locate the GUID, the PII is not sent to the
NDA. There is nothing about a GUID that would allow someone to infer the identity of the
individual to whom it belongs.  
­This data is collected as part of the NIMH data sharing requirement. De­identified data is
uploaded to a database where other researchers will have access to the data. 
 
The specific steps in the GUID ID assignment process will be as follows: 
1) Study staff will enter participant PII into the NDA website using the GUID Tool 
2) The tool uses the PII, without it ever leaving our computers, to generate a series of one­
way hash codes. 
3) The hash codes are encrypted and sent to the GUID system at NDA. 
4) If the codes match an existing GUID, this GUID is sent back to the researcher. 
5) If they do not, a new one is created and sent back. 
6) Study staff will record the GUID in a secure database, separate from the research records 
7) Participant's research data will later be uploaded to the NDA website, using only the
recorded GUID as the identifier. 
 
Simulation MRI Scan (up to 1 hour) 
­Participants will be asked to complete a simulation MRI as part of their screening visit. The
simulation scan may last up to 1 hour. Participants will be introduced to the MRI
environment as well as introduced to the tasks that they will complete during the actual
scan. 
 
 
Labs/Vitals (blood draws and electrocardiogram):  
Participants who remain eligible after completing clinical evaluations will complete lab
testing, including a basic metabolic panel, urine analysis, an EKG, and vital signs including
blood pressure, heart rate, height, and weight. The basic metabolic panel will allow us to
exclude participants with hyponatremia.  
 
As the clinical assessments can be lengthy the participant may choose to complete screening
procedures in one day or in multiple visits. Ideally, we will complete the visits in three visits
over a span of up to one month. 
 
Medication Tapering: 
Individuals who present on antidepressant/anti­anxiety medication (including, but not

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
limited to SSRI/SNRI) and wish to participate will undergo a thorough assessment once we
determine that he/she is eligible based on the clinical assessments and labs. The
assessment to determine appropriateness to taper will include a focused review of factors
that could influence the decision about whether to discontinue medication: a list of current
medication(s) with start date, current dose, and side effects, a summary of the course of
their depression and co­occurring symptoms, before and after medication use, assessment
of medication treatment history with information about medication type and effectiveness,
reasons for discontinuing medication in the past, method and consequences of any prior
experience with antidepressant discontinuation, a summary of current and past suicidal
ideation and any past attempts, and information about where these occurred in relation to
starting or stopping antidepressant medication. We will note any current psychosocial
stressors that might lead to worsening depression upon antidepressant discontinuation and
provide a brief summary of pros and cons of discontinuation. 
 
Any participant experiencing a robust response to medication in the current episode will NOT
be tapered off medication for study participation. With the patient's consent, we will proceed
with medication taper after it is determined to be clinically appropriate. Given the potential
long­lasting effects of psychopharmacology on the central nervous system (CNS) receptors
and neural circuits (6­9), participants eligible to taper the antidepressant medications, such
as SSRIs, will be required to be medication­free for 1 week prior to their first MRI scan (4
weeks for fluoxetine). The full taper process typically takes about 2 weeks for most
antidepressants (6 weeks for fluoxetine). 
 
A study physician will oversee the taper procedure. During the tapering and discontinuation
of medication, we will maintain close contact with the participant either in person or by
phone (at least once weekly) to monitor clinical state. With the participant’s consent, we
may also communicate with a family member/close friend. If the secondary contact person
is unaware of the participant's well­being, we will ask him/her to attempt to contact the
participant and then we will follow up to ascertain their well­being. If the secondary contact
person is also unable to reach the participant, if we have any reason to suspect that the
participant is at risk of hurting themselves or someone else, we will contact the appropriate
authorities (ReSolve Crisis Center and/or [if necessary] the police). 
 
We will also have 24/7 access to a study clinician and physician to assist with clinical
guidance regarding medication after typical working hours. 
 
 
MRI Screening 
Should the participant have any history of surgeries involving implants, we will obtain a copy
of any medical records related to the procedure/s to confirm whether he/she may safety
complete the MRI scans. 
 
Study staff may access medical records after a subject has signed consent to get a complete
list of medications that the person is currently taking (if applicable) as well as to assess
medical history to address any unstable medical conditions or exclusionary diagnoses.
 
    [reviewer notes¬]  
 
2.6
Provide a detailed description of all research activities (e.g., all drugs or devices;
psychosocial interventions or measures) that will be performed for the purpose of
this research study.  
 
This description of activities should be complete and of sufficient detail to permit
an assessment of associated risks.   
 
At a minimum the description should include:
 

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
all research activities
personnel (by role) performing the procedures
location of procedures
duration of procedures
timeline of study procedures
PRIOR TO MEDICATION START 
 
Participants will be required to be medication free at the time of baseline scan (e.g., anti­
anxiety and anti­depressant medications). Participants will also be asked to reduce
benzodiazepine use in cases where their usual dosage exceeds 2 mg of lorazepam daily (or
equivalent). We will work with these participants to taper their benzodiazepine use to a
maximum daily equivalent dose of 2 mg of lorazepam. Participants will be instructed to
taper gradually to minimize the chances of side effects and may resume their usual
medication schedule once the first three scans are completed. In cases where the usual
medication schedule is resumed, we will again work with the participant to taper their dose
to an equivalent of 2 mg of lorazepam daily as their final week 12 MRI scan (or repeat
baseline and first dose scans) approaches. We will review participants' lists of medications
at their clinical visit and will inform them whether it will be necessary for them to taper
from any of their usual medications. Participants will be told (as per the consent form) that
they may decide that they do not wish to taper from relevant medications prior to their
scans. If so, they will be considered ineligible for the study.  
 
BASELINE CLINICAL MEASURES: 
1) The Hamilton Anxiety Rating Scale­ A standard measure of anxiety symptoms 
2) Rumination Subscale of Response Style Questionnaire (RSQ)­ A 22­item scale that
assesses ruminative thoughts 
3) The Antidepressant Side Effect Checklist (ASEC) will be administered to assess baseline
side effects to allow investigators to better determine if symptoms that develop throughout
treatment could be result of the study antidepressant. 
4) The Montgomery Asberg Depression Rating Scale (MADRS) will be repeated at baseline,
prior to the first MRI scan 
5) Suicidal Ideation Scale (SIS) will be administered to assess baseline suicide risk in the
participant. 
 
NEUROPSYCHOLOGICAL TEST BATTERY: 
Participants will complete a neuropsychological testing battery in order to determine the
presence and severity of any Axis I disorder as well as the presence and severity of
cognitive impairment. The neuropsychological testing battery, developed and applied by Co­
I Meryl Butters, PhD, includes components of the Delis­Kaplan Executive Function Scale (D­
KEFS) (10), and the Repeatable Battery for the Assessment of Neuropsychological Status
(RBANS) (11). We will also administer the E­Cog (short form) (13). This measure, which
detects decline in daily function, will require phone contact with a family member that can
provide input regarding the participant's ability to perform certain tasks. This will be
described during the consent process. At times, we will be unable to complete this measure
due to an inability to contact the participant's informant. We will use the Performance
Assessment of Self­Care Skills (PASS) which detects deficits in the cognitive instrumental
activities of daily living (e.g., paying bills, medication management, appliances repair (14).
Finally, we will use the Wide Range Achievement Test (WRAT)—Reading Subtest to assess
premorbid verbal IQ. 
 
fMRIs AND MEDICATION START: 
 
Participants will complete at least 4 MRIs while participating in this research study. The first
three fMRIs will take place in the first two weeks of participation. The baseline fMRI visit will
take place prior to the administration of the study medication. Physiological data (EKG and
skin conductance) may be collected with each MRI scan. 
 
 
The purpose of the scans in between the first and last is to examine functional changes in
the brain throughout different periods of pharmacotherapy, as follows:  
 
ALL PARTICIPANTS: 
Will take their first dose of medication the evening prior to their 2nd MRI scan, which will

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
take place within 24 hours of the baseline MRI scan. The day of their baseline MRI scan,
participants will receive this first dose of escitalopram (5 mg) or levomilnacipran (20mg) to
take that evening. The medication assignment will be double­blinded and determined
randomly (using a permuted block design, stratified by gender, with each group containing
50 individuals). The third MRI scan will take place after approximately one week.
Participants will increase their dose of study medication one day before their third scan. 
 
Participants will be scanned at the MRRC using the Siemens 3­Tesla PRISMA in UPMC
Presbyterian Hospital, or the 7­Tesla scanner located in the Biomedical Science Tower
building. Study staff will escort participants from desired parking location to the location of
the scanner. The decision to scan at 3­Tesla versus 7­Tesla will be made on a case by case
basis, dependent upon scheduling availability as the the priority will always be to get the
participant started with scanning and on the study medication as soon as possible. Also,
participants who have implants that cannot be cleared for safety on the 7­Tesla scanner will
be scanned at 3­Tesla. For example, many stents are not tested at 7­Tesla, but have been
tested and cleared for safe scanning at 3­Tesla.  
 
In our experience with elderly participants, the table set­up time is increased due to age­
related psychomotor slowing. Therefore, participants will be asked to arrive up to an hour
prior to table­time in order to ensure they have enough time to gain familiarity with
functional tasks, complete the safety screening, and change clothes (if necessary). A secure
locker will be provided to participants for personal items during the scan. Any
premenopausal women will have a urine pregnancy test prior to the scan. The baseline,
repeat baseline, and follow up fMRIs will last approximately 60­75 minutes and include
structural and functional imaging. Other MRI scans will last approximately 30­45 minutes
and will include functional imaging only. For the first portion of each of the structural scans,
we will gather structural data, and participants will be doing nothing more than lying on the
MRI table. The second portion involves functional imaging, which involves looking at
pictures and/or words on a computer screen. All participants will be trained on the
functional tasks prior to beginning the scan. A study staff member will be present
throughout the fMRI and will be communicating with the participant at different intervals. A
trained MR technologist will run the scanner. If a participant is claustrophobic or needs to
come out of the machine for any reason, the scan will be immediately aborted. Participants
will be instructed to either alert us verbally at times when staff is checking in with the
participant, or via the emergency squeeze ball which participants may activate at any time
throughout the scanning sessions. 
 
We may measure physiological response (blood pressure, heart rate, and respiration rate)
using an MR­compatible physiological monitoring system to explore the correlation between
networks’ activation and physiological response. Electrodermal activity (also called galvanic
skin response) and the electrocardiogram will be monitored and analyzed for signs of
sympathetic nervous system activity changes as a result of the experimental
procedures.These waveforms will be digitized and recorded on a PC that also logs trigger
signals for when stimuli are presented. In this fashion, the timing of changes in
electrodermal activity (rise above baseline), or in heart rate variability (HRV, measured by
the R R interval, which is the time elapsed between consecutive R  waves) can be linked to
preceding events in the experiment. These additional monitors pose no additional risk to
subjects. 
 
 
FUNCTIONAL TASKS: 
Faces Affective Reactivity Task. Participants are asked to match pictures of faces that have
emotional expressions (angry or afraid). They are not asked to attend to or regulate their
affect during this task, thus the task only involves affective reactivity, rather than affect
regulation. Matching geometric shapes is used as a control task.  
 
Digit Symbol Substitution Task (DSST). The fMRI DSST task is based on the validated
computerized version of the DSST (30, 31). The participant sees on a screen one number–
symbol matching pair (cue). After the cue disappears, an answer key (probe) appears
containing a grid of four number–symbol matching pairs. The participant is instructed to
push the right­finger button if the probe contains one number–symbol that matches the
cue, and to push the left index finger button if the probe does not contain any number–
symbol that matches the cue. Instructions are to respond “as fast as you possibly can”.  
 

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
INCOMPLETE SCANS: 
In the case where the participant is unable to complete their first scan due to their own
reservations (anxiety, claustrophobia), s/he will be deemed ineligible, will not complete any
remaining fMRI scans, and will be removed from the study. If the participant is unable to
complete any scan due to problems at the MR Research Center (scanner malfunctions, etc),
s/he will NOT be removed from the study. In this case, we will either reschedule the
scanning session or skip the scan altogether, depending on which is appropriate. We will do
our best to reschedule as many scans as possible should this situation arise. Regardless of
whether a scan time­point is aborted or rescheduled, the subject will continue with the
protocol. Participants will be compensated for each visit, regardless of whether or not they
were able to complete the fMRI. 
 
TREATMENT MONITORING/MEDICATION TITRATION: 
 
OVERVIEW: 
Participants will have weekly appointments lasting 30­60 minutes with study staff for the
first 6 weeks (considered Phase I) of the medication trial. Dr. Aizenstein, Dr. Andreescu, or
one of the other physicians will always be available by pager or cellular phone. To reduce
the risk of adverse outcome by suicide, the GPN Lab has both a psychiatrist and staff on call
24 hours/daily, seven days/weekly, so professional guidance is always available for high­
risk situations. In addition, one staff member will be unblinded regarding study
randomization. Should the need ever arise, the blind can be instantly broken for the
participant's safety and well­being. 
 
Participants will receive an initial dose of 5mg blinded escitalopram or 20mg blinded
levomilnacipran of study medication (initial low doses are chosen to limit potential side
effects in a geriatric population). We will use a permuted block randomization, which will
prevent guessing the allocation of the participants to the experimental groups. Since there
will be two groups with a 1:1 randomization, the block size can be 2, 4. Thus within each of
two conditions there will be 50 persons. Due to the small sample size, we will use a
stratified randomization by gender only. The block sizes will be kept confidential from the
research staff that will be randomizing the participants.  
 
At day 7, the doses will be titrated to 10mg of escitalopram/40 mg of levomilnacipran.
Further titrations (maximum dose of 20mg of escitalopram or 120mg of levomilnacipran)
will be decided based on clinical response and tolerability, but will not involve additional MR
scanning. Dosing will be based on medication tolerability and will be based on a standard
clinical approach. 
 
Participants who do not show signs of response to treatment by week 6 (defined as either a
MADRS score of greater than 12 or less than a 30% reduction in MADRS score to be
deemed a non­responder) will continue with weekly visits and further medication titrations,
if applicable. Participants who are deemed a responder will continue with bi­weekly clinic
visits and further medication titrations, if applicable. 
 
MONTHLY ASSESSMENTS: 
We will repeat the basic metabolic panel and the EKG monthly. We will also ask participants
to complete the RSQ monthly. 
 
CLINICAL ASSESSMENTS: 
The following measures will be repeated at each medication visit to assess response and
assure safety: 
1) MADRS 
2) SIS 
3) HARS 
4) ASEC 
5) VITALS 
6) PROTOCOL ADHERENCE 
 
BLOOD TESTING:  
Blood levels for escitalopram or levomilnacipran will be drawn by trained personnel after
each titration to test pharmacokinetics as well as adherence to treatment. 
 
Blood samples will be also be obtained to assess biomarkers. Upon signing consent,

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
participants will be given the option to decline the additional blood taken to examine
biomarkers, and this will not impact their ability to continue with the rest of the study. 
 
The samples collected to examine blood biomarkers will be kept in a locked and secured
laboratory area at WPIC. While the specific analyses performed will be determined based on
emerging models and methods in the field at the time this study is completed, we will have
the ability to measure serum levels of various cytokines, growth factors, and DNA. 
 
FOLLOW UP PROCEDURES: 
In addition to the week 12 MRI scan and the weekly assessments completed for treatment
monitoring, follow­up assessments will also include repeat neuropsychological testing,
which will again take up to 1.5 hours. 
 
All participants will be offered referrals for treatment once study participation has ended to
specialized clinics such as the Benedum Geriatric Center from the University of Pittsburgh
Medical Center.  
 
Participants may be offered transportation to and from their MRI visits via Corporate
Sedan/VauxCo Limousines or a taxi service. Subject name and address will be given to the
driver, but no description of the research study will be made available. At times,
participants may be unable to afford transportation to and from Oakland for all of their
study visits. We would like to offer transportation for all visits in these rare occurrences.
This will be reviewed on a case by case basis. 
2.6.1
Will blood samples be obtained as part of this research study?
*  Yes 
 
*If submitting a protocol for expedited review, it should be clear that the planned blood
draws are within the parameters described here:
http://www.hhs.gov/ohrp/policy/expedited98.html  (see Expedited Research Category #2)
If Yes, address the frequency, volume per withdrawal, the total volume per visit, and the
qualifications of the individual performing the procedure: 
At screening, approximately 18 mL (~4 teaspoons) of blood will be collected for the blood
tests (basic metabolic panel, CBC, thyroid panel, B12 testing). 
 
Throughout the 12 week medication trial, trained personnel will draw 10­20 mL (2­4
teaspoons) of blood per visit (the upper end when sodium and medication levels need to be
assessed at the same time). 
 
Participants who opt to complete the blood draws for inflammatory biomarkers will have 10
mL (~2 teaspoons) of blood drawn at both baseline and follow­up. At follow­up, this will
result in a total of up to 24.5 mL (~5 teaspoons) of blood as the Week 12 blood test may
also include medication levels and the basic metabolic panel. 
 
Blood will be collected at the WPIC laboratory by trained personnel.
 
 
 
Study Flow Chart: 
Name
Modified Date
Flow Chart
2/21/2018 11:14 AM

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
    [reviewer notes¬]  
2.7
Will follow­up procedures be performed specifically for research purposes? 
Follow­up procedures may include phone calls, interviews, biomedical tests or
other monitoring procedures. 
 
*  Yes
 
See study flow chart in question 2.6
 
    [reviewer notes¬]  
2.8
Does this research study involve the use of any questionnaires, interview or
survey instruments? 
 
*  Yes
 
 
 
Upload a copy of all materials except for the SCID or KSADS which are on file at
the IRB.  The use of all instruments must be addressed in question 2.6 and/or
question 2.7 (except for an exempt submission where they should be addressed
on the appropriate uploaded exempt form). 
 
Name
Modified Date
hars.doc
1/8/2018 1:09 PM
MADRS.doc
1/9/2018 1:44 PM
ATHF.doc
1/9/2018 1:34 PM
ECog.doc
1/9/2018 1:35 PM
protocol adherence
1/26/2018 7:03 AM
DKEFS CWI.pdf
1/11/2018 11:23 AM
3 item PASS.pdf
1/9/2018 1:44 PM
Personal Medical HX.doc
1/9/2018 1:36 PM
3MS 07 2011.pdf
1/9/2018 1:36 PM
WRAT­4 Reading
1/23/2018 10:55 AM
cirs g.pdf
1/8/2018 1:20 PM
RBANS.PDF
1/11/2018 11:22 AM
DKEFSTMT5.pdf
1/9/2018 1:35 PM
DKEFSTMT4.pdf
1/11/2018 11:22 AM
Side Effect Scale (ASEC).pdf
1/11/2018 11:23 AM
NDA ID Assignment Form ­ NEMO.docx
1/11/2018 11:22 AM
SIS.doc
1/11/2018 11:23 AM
rsq rumination.docx
1/11/2018 11:21 AM
Previously the name and publisher for commercially available materials
were listed in the textbox below but effective 9/1/2015, all materials (except for
the SCID and KSADS) must be uploaded using the Add button above. 
SCID­IV: American Psychiatric Association Publishing

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
    [reviewer notes¬]  
2.9
If subjects are also patients, will any clinical procedures that are being used for
their conventional medical care also be used for research purposes? 
 
*  no
 
If Yes, describe the clinical procedures (and, if applicable, their frequency) that will be
used for research purposes:  
 
2.10
The blood sample question was moved to 2.6.1.
    [reviewer notes¬]  
2.11
What is the total duration of the subject's participation in this research study
across all visits, including follow­up surveillance? 
 
*  Up to 14 weeks (if no taper needed), up to 20 weeks for those tapering off of fluoxetine,
and up to 18 weeks for those tapering off of other anti­depressant medication
    [reviewer notes¬]  
 
2.12
Does this research study involve any type of planned deception?  
If Yes, you are required to request an alteration of the informed consent process (question
4.7)
*  No
 
    [reviewer notes¬]  
 
2.13
Does this research study involve the use of UPMC/Pitt protected health
information that will be de­identified by an IRB approved "honest broker"
system?
 
*  No
 
    [reviewer notes¬]  
 
2.14
Will protected health information from a UPMC/Pitt HIPAA covered entity be
accessed for research purposes or will research data be placed in the UPMC/Pitt
medical record? 
 
*  Yes
 
 
If you answer Yes, you are required to submit this study to the Center for Assistance in
Research using e­Record (CARe).  Per UPMC Policy HS­RS0005, all research projects that
access or involve UPMC electronic protected health information (e­PHI) must be submitted
 
 
 
 

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
to CARe, with the exception of clinical trials that are contracted through the UPMC Office of
Sponsored Programs and Research Support (OSPARS).   
 
Complete the online submission form at https://care.upmc.com/request.aspx.  After the
study is submitted in OSIRIS, a CARe representative will conduct a review. You will be
notified once your CARe review is complete or if anything further is needed.  
 
Studies that will access only paper­based medical records (not in combination with any
electronic records) do not need to be submitted to CARe. 
 
For additional information, please see hƩps://care.upmc.com. 
 
 
Describe the medical record information that will be collected from the UPMC/Pitt
HIPAA covered entity and/or the research­derived information that will be placed
in the medical records. 
 
In addition to a "research chart" that contains hard copies of assessments, all research
subjects will have a "clinic chart" that contains any pertinent clinic notes, laboratory values,
demographic information, pharmacy orders, neuropsychological assessment with
identifiable information, and outside correspondence consistent with good clinical care
practices. According to the preferences of collaborating primary care physicians (PCP),
when care is delivered at a primary care site, if the PCP desires, we will generate a progress
note to be included in the subject's medical record to assist their PCP with their routine
care. No structured assessments (e.g., data assessments) will be placed in the subject's
medical record. 
 
We will access the participant's medical record after consenting to participation but before
he/she is randomized. We want to ensure that it is medically safe for the participant to
enter this clinical trial. Should participants have any history of surgeries involving implants,
we will also review any records related to the procedure/s to confirm whether he/she may
safety complete the MRI scan 
2.14.1
Will protected health information from a non­UPMC/Pitt HIPAA covered entity be
obtained for research purposes or will research data be placed in the non­
UPMC/Pitt medical record?   
 
*  Yes
If Yes, describe how the HIPAA requirements will be met: 
For participants that have had surgeries involving implants outside of the UPMC system, we
will ask participants to sign a release of information form. We will then request paper copies
of medical records from the facility that performed the surgery. The paper copies will be
kept separately from the research data, since records will contain identifiers. The medical
records will be used to determine whether participants can safely complete fMRI
procedures. We will not be placing research data into participants' medical records.
I, Howard   Aizenstein , certify that any member of my research team accessing,
reviewing and/or recording information from medical records have completed the
CITI Privacy & Information Security course or, if completed within the past year,
the Internet­Based Studies in Education and Research (ISER) HIPAA for
Researchers (Formerly RPF Module 6). The HIPAA certificates must be available
for review if audited but do not need to be uploaded into this OSIRIS application.
* Yes
2.14.2
Are you requesting a waiver of the requirement to obtain written HIPAA
authorization for the collection of the PHI? 
 
* No

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
 
    [reviewer notes¬]  
2.15
Does this research study involve the long­term storage (banking) of biological
specimens? 
 
*  Yes
2.15.1
Broadly describe the intended future use of the banked biological specimens: 
 
The blood sample we obtain will be kept for an indefinite period of time. This blood is to
examine markers of inflammation and growth factors potentially involved in mood
regulation. The reason that we will keep this blood is so that we may examine new markers
of inflammation that may be discovered in the future that relate to depression.
2.15.2
Indicate the planned length of storage of the banked biological specimens:
* indefinitely
2.15.3
Will biological specimens be stored without identifiers or linkage codes? 
 
  
 
* Yes
 
    [reviewer notes¬]  
2.15.3.1
Identify the honest broker system or describe the process that will be used to de­
identify the specimens:
 
The samples will be labeled with an identification number, participant initials, visit date, and
study name. There is nothing about the identification number that would allow someone to
infer the identity of the individual. The linkage between study ID number and the
participant's identity is kept in a table in our password­protected database. 
 
2.15.3.2
If applicable, specify the IRB approved honest broker number (e.g., HB123456):
N/A 
 
2.15.3.3
Identify the specific individual(s) who will be de­identifying the specimens:
The research staff who will be accompanying participants for their blood draws will be
labeling the tubes and the accompanying lab request form.

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
    [reviewer notes¬]  
2.16
Will research participants be asked to provide information about their family
members or acquaintances?
*  Yes
2.16.1
Describe what information about the third party will be obtained from the
participant:
We request that the participant provide the name, address and phone number of an
emergency contact; someone whom the research team may contact to ensure their safe
participation. The research team may contact this person if they have questions about or
are concerned about the health of the participant or if they are unable to reach the
participant. Participants who are unable/unwilling to provide an emergency contact are
ineligible to participate.  
 
We also ask participants to designate a close friend or family member whom the study
treatment team can contact to complete a questionnaire (E­Cog) about the participant's
thinking and memory. We ask participants to provide the name, relationship, and phone
number(s) for this individual.
2.16.2
If the information about the third party is of a private nature, can the identity of
the third party be readily ascertained or associated with this information?
* 
Not applicable ­ The information about the third party is not of a private nature
 
 
    [reviewer notes¬]  
2.17
What are the main outcome variables that will be evaluated in this study?
Across the whole group, the change in functional connectivity associated with a 1­day
pharmacologic probe will be compared between responders and non­responders. We will use
the established endpoint for response, defined as a MADRS score of 10 or less (21) as our
primary marker of response. 
 
Changes in FC associated with a 1­day pharmacologic probe in each of the three canonical
networks may predict improvement from baseline to 12 weeks in overall depression severity
as well as in a specific symptom cluster: DMN changes at rest ­­ negative bias; ECN changes
during cognitive challenge ­­ cognitive control; SN changes during affective regulation ­­
somatization/anxiety. To assess this, we are interested in looking at changes in connectivity
(FC at rest for DMN, during faces­shapes for SN, during DSST for ECN) in predicting
symptom cluster improvement (baseline­week 12). Symptom clusters will be defined by
using MADRS (for overall depression), RSQ­Rumination (for negative bias), HARS (for
anxiety/somatization) and a composite score from the neuropsych evaluations.  
 
 
2.18
Describe the statistical approaches that will be used to analyze the study data.
*  Addressed below:
Aim 1: Responders Versus Non­Responders.  
Hypo 1.1: Across the whole group (both medications), the change in FC associated with a 1­
day pharmacologic probe will differ in responders compared to non­responders. Compared to
non­responders, treatment responders will have a decrease in DMN and an increase in
Salience network and ECN FC at rest and during task.  
Our primary analysis will consist of linear mixed effects models with FC (for each ROI) as the
outcome measure and group (R [responder]/NR[non­responder]), time and their interaction.

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
We will control these models for other covariates (e.g. pre­treatment connectivity
measures). The interaction between group and time will be a test of the effect over time and
will indicate if the change in the FC measure over time is non­constant across the two
groups. Models with different covariance structures of the longitudinal outcomes will be
examined for goodness of fit using Akaike Information Criteria and Schwart’s Bayesian
Criterion (23).  
Hypo 1.2: The relationship between networks FC change at rest and during task and
response group is independent of medication class. 
 
Secondary analysis of longitudinal data component consisting of mixed effects models will
also be used to assess changes in FC across time between groups, with and without the
inclusion of medication group in the models. An interaction term between the two grouping
factors will be added and its significant will be determined using likelihood ratio tests. 
 
Aim 2: Associations of Networks with Symptom Clusters. 
Hypo 2.1: Changes in FC associated with a 1­day pharmacologic probe in each of the three
canonical networks will predict improvement from baseline to 12 weeks in overall depression
severity as well as in a specific symptom cluster: DMN changes at rest ­­ negative bias; ECN
changes during cognitive challenge ­­ cognitive control; SN changes during affective
regulation ­­ somatization/anxiety. For this aim we are interested in looking at changes in
connectivity (FC at rest for DMN, during faces­shapes for SN, during DSST for ECN) in
predicting symptom cluster improvement (baseline­week 12). Symptom clusters will be
defined by using MADRS (for overall depression), RSQ­Rumination (for negative bias), HARS
(for anxiety/somatization) and an EF composite score for cognitive control (see C3). Linear
mixed effects models will be used to investigate the associations between overall depression
severity or each symptom cluster improvement and changes in in each of the three defined
outcomes (FC at rest for DMN, during faces­shapes for SN, during DSST for ECN). For each
of these outcomes, change will be computed as the difference in connectivity between two
time­points (T3­T2), where T2 and T3 represent the time­points before and after initiation of
medication. The mixed models will include time and connectivity change as variable of
interest, we will control for baseline/pretreatment measures of connectivity, and we will fit
models with random intercept and time slope to account for the fact that not all individuals
will change at the same rate. We will also explore quadratic effects of time and higher order
polynomials and use quadratic smoothers if needed (24).  
 
Hypo 2.2: Increase of dACC centrality from baseline to 12 weeks will predict overall
improvement in depression severity. The outcome variable for this aim is depression
severity (as measured by MADRS), and the predictor of interest is dACC centrality (which
will be measured across time). If dACC centrality varies greatly between participants,
appropriate transformations will be performed. Correlation between dACC centrality and
depression severity will first be examined as well as spaghetti plots to visualize individual
variations across time. The dACC centrality will be used in grand mean centered form such
that the intercept of the model will represent the depression severity for participants with
average dACC centrality. We will use a random intercept and slope mixed effects model to
examine the association between dACC centrality and time. We will also explore quadratic
effects of time as well as higher order polynomials. Quadratic smoothers will be considered if
needed (24). The covariance structure will be examined in a similar manner as in our Aim
2.1. 
 
Aim 3: Integration with Established Clinical and Biological Markers of LLD Treatment
Response.  
Hypo 3.1: Early CAN engagement is a better predictor of treatment response compared with
other biological (cerebrovascular burden) or clinical markers of response (baseline
depression severity, baseline comorbid anxiety, early clinical response, history of non­
response). The outcome variable (treatment response) will be categorized into responders
and non­responders based on the MADRS score at 12 weeks. We will fit to our data a linear
logistic regression model to predict treatment response and we will use CAN engagement as
the first predictor. CAN engagement will be defined as T3­T2 FC in each network­of­interest
at rest and during task. We will compute the area under the receiver operating characteristic
(ROC) curve. We will then add the cerebrovascular burden to the model and test the
difference between the ROC curves for the model that contains CAN engagement alone to
them model that contains CAN engagement and the cerebrovascular burden. Then, we will
examine the predictive contribution of each clinical marker of response separately through
the use of a comparison of the ROC curves for the series of models containing individual.

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
Early treatment response will be operationalized as a decrease in MADRS of >20% in the
first two weeks of treatment (5). Additional clinical predictors to be tested: gender, duration
of current episode, history of treatment response (by use of the ATHF), medical burden,
sleep disturbance, executive dysfunction, and poor social support. As the ultimate goal of
this aim is to develop a prediction model, we will use other model­fitting approaches as well.
We will consider models based on LASSO (25) as the variable selection technique to identify
the best model. We will also use alternative measures of the predictiveness of the model,
including the Net Reclassification Index and predictiveness curves (26). We will fit
generalized additive logistic regression models (27) to assess the relationship between
treatment response and each of the main predictors. 
 
Power Analysis. Based on our experience with previous longitudinal studies, a 20% attrition
rate will account for unusable scans and for the longitudinal design. Thus, power analysis is
computed on the final sample of 80 participants. We will compute effect sizes based on the
following assumptions: a two­sided significance level of 0.05, a power of 0.80 and
measurements at four time­points for a repeated measures model. Based on these
assumptions, we are powered to observe an effect size of 0.48 when the observations are
correlated at a level of 0.5 across time (H1.1). For the linear regression analysis (H1.2),
with an N=80, the study will be adequately powered to detect an R2 of 7.5% when a new
variable is added to the model that contains two covariates accounting for 20% of
variability. For H2.1, we assume that there are four measurements over time with a fixed
correlation between the repeated measurements of 0.5, a two­sided significance level of
0.05, and an effect size of 0.49 resulting in an estimated power of 80% (28). Models will be
limited to 2­3 covariates to insure that a minimum of 5­10 observations is available for each
parameter estimated. If we assume a correlation of 0.4 between the repeated measures, we
will be able to achieve 80% power to detect an effect size of 0.44. 
If we consider a more conservative alpha level (0.01) due to the multiple ROI connectivity
measures that will be investigated for the linear regression analysis, with the proposed
sample size, the study will be adequately powered to detect an R2 of 10.5% when a new
variable is added to the model that contains two covariates accounting for 21% of
variability. For H 2.1, we assume that there are four measurements over time, a fixed
correlation between the repeated measurements of 0.5, a two­sided significance level of
0.05, and an effect size of 0.60 resulting in an estimated power of 80%. If we assume a
correlation of 0.4 between the repeated measures, we will be able to achieve 80% power to
detect an effect size of 0.56 (half standard deviation difference between groups across time
in the outcome variable). 
H3.1: Sample Size and Power: Based on previous literature, we will assume a 60/40
distribution in responders and non­responders (29). A sample of 48 from the responders
group and 32 from the non­responders group achieve 82% power to detect a difference of
0.17 between two area under the ROC curve (AUC) of 0.68 and another with AUC of 0.80
using a two­sided z­test at a significance level of 0.05. Power computations were performed
using SAS software, 9.4 and R 3.1.4. 
 
Additional Exploratory and Secondary Analyses. We will also perform full­brain seed­to­voxel
secondary analyses to explore network connectivity beyond the ROIs that are the focus of
this project. Additional exploratory analyses will include: a) medication plasma levels; b)
duration of illness (current episode and number of previous episodes); c) age of onset (early
vs. late onset LLD, e.g., onset before/after age 60 (18); and d) prior use of medications (as
measured by ATHF (22). The rich data set acquired as part of this study will also allow for
data­driven biomarker identification using multivariate approaches, such as machine
learning.

Section: Section 2 ­ Research Design and Methods
    [reviewer notes¬]  
2.19
Will this research be conducted in (a) a foreign country and/or (b) at a site (e.g.,
Navajo Nation) where the cultural background of the subject population differs
substantially from that of Pittsburgh and its surrounding communities? 
 
*  No
Note that copies of training records, licenses, certificates should be maintained in the
study regulatory binder and are subject to audit by the Research Conduct and Compliance
Office (RCCO).
In addition, individuals planning to conduct human subject research outside the United
States must complete an optional module on the CITI training website: International
Studies.  Click here to access the instruction sheet for accessing optional CITI modules. 
 
 
 
    [reviewer notes¬]  
2.21
Will this research study be conducted within a nursing home located in
Pennsylvania?
*  No