Door de RNIH gefinancierde studie toont voorlopige resultaten die kunnen leiden tot nieuwe pijnbehandelingen.
Voor het eerst hebben onderzoekers pijn gerelateerde gegevens vastgelegd vanuit de hersenen van personen met chronische pijnstoornissen veroorzaakt door een beroerte of amputatie (fantoompijn in een ledemaat). Een lang gezocht doel is geweest om te begrijpen hoe pijn wordt weergegeven door hersenactiviteit en hoe die activiteit te moduleren om lijden aan chronische pijn te verlichten. Maandenlang werden gegevens verzameld terwijl patiënten thuis waren, en ze werden geanalyseerd met behulp van machine learning-tools. Daarbij identificeerden de onderzoekers een gebied van de hersenen geassocieerd met chronische pijn en objectieve biomarkers van chronische pijn bij individuële patiënten. Deze bevindingen, gepubliceerd in Nature Neuroscience, werden gefinancierd door zowel het National Institutes of Health’s Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) Initiative als het Helping to End Addiction Long-term Initiative, of NIH HEAL Initiative, en vertegenwoordigen een eerste stap in de richting van het ontwikkelen van nieuwe methoden voor het opsporen en behandelen van chronische pijn.
“Dit is een geweldig voorbeeld van hoe hulpmiddelen voor het meten van hersenactiviteit afkomstig van het BRAIN-initiatief zijn toegepast op het aanzienlijk volksgezondheidsprobleem van het verlichten van aanhoudende, ernstige chronische pijn”, zegt Walter Koroshetz, M.D., directeur van het National Institute of Neurological Disorders and Stroke. “We zijn hoopvol dat voortbouwen op deze voorlopige bevindingen kan leiden tot effectieve, niet verslavende pijnbehandelingen.”
Chronische pijn is wereldwijd één van de grootste oorzaken van invaliditeit. Neuropathische pijn wordt veroorzaakt door schade aan het zenuwstelsel zelf. Het komt meestal voor als gevolg van letsel aan de zenuwen in ons lichaam, maar voor de personen in deze studie wordt aangenomen dat hun pijn afkomstig is van de hersenen zelf. Dit soort pijn reageert niet goed op de huidige behandelingen en kan slopend zijn voor mensen die ermee leven.
“Als je erover nadenkt, is pijn één van de meest fundamentele ervaringen die een organisme kan hebben”, zegt Prasad Shirvalkar, M.D., Ph.D., universitair hoofddocent anesthesie en neurologische chirurgie aan de Universiteit van Californië, San Francisco, en hoofdauteur van deze studie. “Desondanks is er nog zoveel dat we niet begrijpen over hoe pijn werkt. Door betere hulpmiddelen te ontwikkelen om pijnreacties in de hersenen te bestuderen en mogelijk te beïnvloeden, hopen we opties te bieden aan mensen die leven met chronische pijn.
Traditioneel verzamelen onderzoekers gegevens over chronische pijn door middel van zelfrapportages van degenen die met de aandoening leven. Voorbeelden van dit soort gegevens zijn vragenlijsten over pijnintensiteit en emotionele impact van pijn. Deze studie keek echter ook rechtstreeks naar veranderingen in hersenactiviteit in twee regio’s waar pijnreacties worden verondersteld op te treden – de anterieure cingulate cortex (ACC) en de orbitofrontale cortex (OFC) – terwijl deelnemers hun huidige niveaus van chronische pijn rapporteerden.
“Functionele MRI-onderzoeken tonen aan dat de ACC- en OFC-gebieden van de hersenen oplichten tijdens acute pijn experimenten. We waren geïnteresseerd om te zien of deze regio’s ook een rol spelen in de manier waarop de hersenen chronische pijn verwerken’, zei dr. Shirvalkar. “We waren het meest geïnteresseerd in vragen als hoe pijn in de loop van de tijd verandert, en welke hersensignalen kunnen overeenkomen met of hoge niveaus van chronische pijn voorspellen?”
Vier deelnemers, drie met pijn na een beroerte en één met fantoompijn, werden chirurgisch geïmplanteerd met elektroden gericht op hun ACC en OFC. Meerdere keren per dag werd elke deelnemer gevraagd om vragen te beantwoorden over hoe zij de pijn die ze ervoeren zouden beoordelen, inclusief kracht, soort pijn en hoe hun pijnniveau hen emotioneel deed voelen. Vervolgens startten ze een hersenopname door op een afstandsbediening te klikken, die een momentopname opleverde van de activiteit in de ACC en OFC op dat exacte moment. Met behulp van machine learning-analyses kon het onderzoeksteam activiteit in de OFC gebruiken om de chronische pijntoestand van de deelnemers te voorspellen.
In een afzonderlijke studie keken de onderzoekers naar hoe de ACC en OFC reageerden op acute pijn, die werd veroorzaakt door warmte toe te passen op delen van het lichaam van de deelnemers. Bij twee van de vier patiënten kon hersenactiviteit opnieuw pijnreacties voorspellen, maar in dit geval bleek het ACC het meest betrokken gebied te zijn. Dit suggereert dat de hersenen acute versus chronische pijn anders verwerken, hoewel er meer onderzoek nodig is, aangezien gegevens van slechts twee deelnemers in deze vergelijking zijn gebruikt.
Deze studie vertegenwoordigt een eerste stap in de richting van het blootleggen van de patronen van hersenactiviteit die ten grondslag liggen aan onze perceptie van pijn. Het identificeren van een dergelijke pijnsignatuur zal de ontwikkeling van nieuwe therapieën mogelijk maken die de hersenactiviteit kunnen veranderen om het lijden als gevolg van chronische pijn te verlichten. Het meest directe voordeel kan liggen in het informeren van lopende studies in HEAL en BRAIN om diepe hersenstimulatie (DBS) te gebruiken om chronische pijn te behandelen.
Lopend en toekomstig werk waarbij meer deelnemers betrokken zijn, zal van cruciaal belang zijn om te bepalen of verschillende aandoeningen van pijn de OFC-activiteit delen die bij deze patiënten wordt gezien of hoe de handtekeningen verschillen tussen personen met verschillende aandoeningen.
Modernere benaderingen van DBS die de stimulatie verfijnen op basis van activiteit biomarkers van de hersenen, zijn gebruikt om met succes sommige hersenaandoeningen te behandelen, waaronder de ziekte van Parkinson en depressieve stoornis, maar voor die successen waren gevestigde hersen biomarkers nodig. Voor aandoeningen zoals chronische pijn bevindt de identificatie van biomarkers zich in een vroeg stadium.
Effectieve en niet-verslavende behandelingen voor chronische aandoeningen van pijn is een hoofddoel van de inspanningen van het NIH HEAL Initiative om wetenschappelijke oplossingen te vinden om de opioïde crisis van volksgezondheid te stoppen. De bevindingen zijn een belangrijke stap naar het identificeren van pijn specifieke biomarkers voor het personaliseren van pijn beheer voor individuën, wat leidt tot de ontwikkeling van nieuwe technologieën en vorderingen om het hersencircuit beter te begrijpen, een belangrijk onderdeel van het NIH BRAIN Initiative.
Vertaling: Andre Teirlinck