Деятельность коры головного мозга при болевой и неболевой стимуляции четырех участков нижних конечностей: исследование с использованием функциональной ближней инфракрасной спектроскопии

Процесс возникновения боли является сложным и многогранным психофизиологическим процессом, включающим множество психобиологических компонентов. Острая боль может быть вызвана различными стимулами, и нейровизуализация помогает раскрыть факторы центральной нервной системы, связанные с восприятием боли. Предыдущие исследования нейровизуализации показали, что болевые стимулы вызывают реакции в широком спектре кортикальных и субкортикальных сетей. Например, Freund и соавторы обнаружили, что при воздействии тепловой болевой стимуляции на левую или правую сторону руки у здоровых участников функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) постоянно показывала активацию в правой передней инсуле, ипсилатеральной сенсомоторной коре и билатеральной задней инсуле. В другом исследовании фМРТ билатеральная вторичная соматосенсорная кора продемонстрировала значительную активацию при болевой и неболевой электрической стимуляции у здоровых участников. Другие опубликованные исследования также предоставили доказательства того, что структуры, такие как префронтальная кора (ПФК), дорсолатеральная ПФК (ДЛПФК) и поясная кора, связаны с модуляцией и восприятием боли. Согласно текущей научной литературе, области мозга, участвующие в обработке боли, включают первичную (S1) и вторичную (S2) соматосенсорную кору, первичную моторную кору (M1), ДЛПФК, поясную область, инсулу, а также субкортикальные структуры, такие как таламус и гипоталамус. Обычно поясная кора, инсула и области лимбической системы участвуют в эмоциональных аспектах боли, в то время как S1 и S2 связаны с сенсорным измерением боли, а когнитивные аспекты боли связаны с фронтальными и теменными областями мозга.

Методы

В исследовании приняли участие 16 здоровых правшей (8 мужчин) в возрасте от 21 до 30 лет (средний возраст = 24, СК = 3.4). Участники были набраны через объявления на официальном сайте Центрального института психического здоровья и распространены по всему университетскому кампусу. Этический комитет Медицинского факультета Маннгейма, Университета Гейдельберга, Германия, одобрил исследование (номер одобрения этического комитета: 2014–596 N-MA). Все методы проводились в соответствии с соответствующими руководствами и нормативными актами. Каждый участник дал письменное информированное согласие перед экспериментами. Критерии исключения: анамнез заболеваний жизненно важных органов, опухолей мозга или других церебральных расстройств или травм, анамнез психических заболеваний.

Экспериментальный дизайн

Дизайн исследования включал следующие процедуры: (а) оценка порогов восприятия и боли, а также болевой толерантности к электрической стимуляции кожи левой/правой паховой области и левого/правого колена; (б) определение интенсивности болевой и неболевой стимуляции; (в) доставка болевой и неболевой стимуляции с использованием блокового дизайна экспериментальной стимуляции с предварительной и последующей оценкой воспринятой интенсивности стимуляции с помощью визуальной аналоговой шкалы (ВАШ). На протяжении всего эксперимента fNIRS использовалась для мониторинга изменений концентрации кислорода в крови.

Заключение

Наше исследование демонстрирует, что стимуляция различных участков нижних конечностей не оказывает значительного влияния на активность оксигемоглобина у здоровых участников, подвергшихся острой электрической стимуляции. Однако взаимодействие различных факторов, включая место стимуляции и интенсивность, играет роль в модуляции мозговой активности, что приводит к различным паттернам активности при определенных модальностях стимуляции. Это может быть связано с активностью мозга в различных областях ПФК в ответ на болевую стимуляцию, а также с дифференциальным распределением и проведением боли к паховой области и колену. Кроме того, наши результаты указывают на то, что колено обладает большей чувствительностью к сенсорной стимуляции, чем левая паховая область. Таким образом, наше исследование вносит ценный вклад в изучение модуляции восприятия боли на кортикальном уровне и подчеркивает потенциал и осуществимость использования fNIRS для исследования механизмов боли в различных областях нижних конечностей.