Identifizierung von Neuroimaging-Biomarkern, demografischen, Persönlichkeits- und sensorischen Faktoren zur Vorhersage extremer Schmerzreaktionen auf verschiedene experimentelle Schmerzstimulationen bei gesunden Probanden

Hintergrund Die Neigung, auf schädliche Reize zu reagieren, ist von Person zu Person sehr unterschiedlich, und die Schmerzeinstufungen scheinbar identischer schädlicher Reize können von „kein Schmerz“ bis „quälender Schmerz“ reichen. Bildgebende Studien an gesunden Probanden haben nützliche Informationen zur Identifizierung der interindividuellen Variabilität der Schmerzwahrnehmung geliefert [2,3,4]. Diese Studien haben gezeigt, dass subjektive Schmerzberichte in engem Zusammenhang mit dem Grad der neuronalen Aktivität in mehreren Gehirnregionen stehen, von denen bekannt ist, dass sie bei der Schmerzverarbeitung identifiziert werden. Darüber hinaus besteht ein wachsendes Interesse am Verständnis der strukturellen und funktionellen Mechanismen der interindividuellen Variabilität der Reaktionen auf identische schädliche Stimuli [5,6,7]. Die Beziehung zwischen Schmerzwahrnehmung und verschiedenen anatomischen und funktionellen Konnektivitäten innerhalb von Gehirnnetzwerken im Ruhezustand ist jedoch noch nicht vollständig verstanden. Im Hinblick auf das anatomische Korrelat der Schmerzempfindlichkeit können Unterschiede in der grauen Substanz neuronale Prozesse widerspiegeln, die zur Konstruktion und Modulation von Schmerz bei gesunden Personen beitragen. Daher sind die Studien zu diesem Thema uneinheitlich und zeigen positive [7] oder inverse Zusammenhänge [6] zwischen Schmerzempfindlichkeit und Gehirnmorphologie. Die Widersprüchlichkeit in Bezug auf dieses Thema rechtfertigt weitere Untersuchungen, die die Beziehung zwischen Unterschieden in der Schmerzempfindlichkeit und regionaler grauer Substanz aufklären und neue Einblicke in Gehirnmechanismen liefern können, die zu diesem Thema beitragen. Das Verständnis der Gehirnmorphologie und Konnektivität innerhalb bestimmter Regionen, die mit der Schmerzverarbeitung in Verbindung stehen, kann einen zuverlässigen Anker für die individuellen Unterschiede in der Schmerzreaktion liefern.

Ein weit verbreiteter Ansatz zur Untersuchung der Gehirnmorphologie anhand von MRT-Bildern ist die voxelbasierte Morphometrie (VBM). VBM testet auf statistisch signifikante Unterschiede in der regionalen Dichte der grauen Substanz (GM) zwischen Studiengruppen und deren zeitliche Änderungen. Die Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) ist eine Art der diffusionsgewichteten Bildgebung mit dem Vorteil, dass einzelne funktionelle Bahnen innerhalb der weißen Substanz (WM) aufgelöst werden können. Daher dienen DTI-Parameter als indirektes Maß für die strukturelle Konnektivität über den Grad der Integrität von WM-Bahnen .

2. Ziel der Studie Identifizierung von Neuroimaging-Biomarkern, demografischen, Persönlichkeits- und sensorischen Faktoren zur Vorhersage extremer Schmerzreaktionen auf verschiedene experimentelle Schmerzstimulationen bei gesunden Probanden 3. Methoden 3.1 Probe

Die Studienpopulation wird aus 196 gesunden Teilnehmern bestehen. Von diesen werden 48 Patienten einer Bildgebung des Gehirns unterzogen, nachdem sie die folgenden Ein- und Ausschlusskriterien erfüllt haben:

Studiendesign Die vorgeschlagene Studie wurde am Schmerzforschungslabor der Universität Haifa (in dem psychophysikalische Tests durchgeführt werden) durchgeführt, und bildgebende Tests werden in der Bildgebungsabteilung des Rambam Health Care Campus durchgeführt.

Die Probanden wurden durch Anzeigen rekrutiert, die auf dem Schwarzen Brett des Campus verteilt wurden. Responder, die die Einschlusskriterien erfüllten, wurden zur Teilnahme an der Studie eingeladen. Die Studie wird in zwei unabhängigen experimentellen Sitzungen mit einer geschätzten Dauer von anderthalb Stunden für die psychophysischen Tests und einer halben Stunde für die Neuroimaging-Sitzung durchgeführt.

Diese Studie konzentriert sich nur auf extreme Untergruppen. Daher wurden die Probanden (n = 196) in der ersten Sitzung (die im Schmerzlabor stattfand) entweder in zwei Untergruppen gemäß ihren Toleranzergebnissen für den Cold Pressor Test (CPT) eingeteilt (Untergruppe mit hoher Toleranz = 180 s vs. niedrig Toleranzuntergruppe ≤20 s). 24 Probanden aus jeder Untergruppe werden nach dem Zufallsprinzip ausgewählt und erhalten eine Erklärung über die Möglichkeit, am Brain Imaging Test teilzunehmen. Probanden, die sich für die Teilnahme am Bildgebungstest entscheiden, werden diesem in der Bildgebungsabteilung des Rambam Health Care Campus unterzogen. Bei der Ankunft erhalten die Probanden eine vollständige Erläuterung des Verlaufs und der Zeit der MRT-Untersuchung des Gehirns und werden gebeten, eine Einverständniserklärung zu unterschreiben. Die Dauer des MRT-Verfahrens beträgt etwa eine halbe Stunde, während der kein Material injiziert oder Schmerztests durchgeführt werden.

Während des Tests werden mehrere Sequenzen durchgeführt; dreidimensionale hochauflösende Anatomie, ein weiterer struktureller Test zur Definition der Konnektivität (DTI) und fMRI-Tests im Ruhezustand (RS) zur Untersuchung der Aktivität von Gehirnnetzwerken. Die MRT wird mit einem 3-Tesla-Scanner (GE Discovery MR750) durchgeführt. Das Protokoll besteht aus (1) einer T1-gewichteten 3D-magnetisierungspräparierten Rapid Gradient Echo (MPRAGE)-Sequenz (176 Scheiben; 220 × 220 Matrix; TR = 2520 ms; TE = 1,74 ms; 1,0 × 1,0 × 1,0 mm Voxel), (2) eine Echo-Planar Imaging (EPI) Ruhezustandssequenz (34 Schichten; TR = 2010 ms; TE = 30 ms; 64 × 64 Matrix; 3,5 × 3,5 × 5 mm Voxel 200 Volumina lag = 4 RTs), (3 ) eine diffusionsgewichtete Bildgebungssequenz (DTI) (70 Schichten; TR = 4600 ms; TE = 89 ms; 2 × 2 × 2 mm Voxel) unter Verwendung von nicht-kollinearen 64 Richtungen und einer einzelnen nicht-diffusionsgewichteten (b = 0 s /mm2) Bild. Am Ende der Untersuchung werden Analysen der Daten für jede Person und für jede Population der Studie durchgeführt. Nach dem MRT-Scan werden die Probanden gebeten, die Depressions-, Angst- und Stressskalen (DASS) auszufüllen: Die DASS bewertet Depression, Angst und Stress mit jeweils 7 Items (Henry & Crawford, 2005). Die DASS-Depression konzentriert sich auf Berichte über schlechte Laune, Motivation und Selbstwertgefühl, DASS-Angst auf physiologische Erregung, wahrgenommene Panik und Angst und DASS-Stress auf Anspannung und Reizbarkeit. Die Kurzform der Depressionsangst-Stress-Skalen (DASS-21): Konstruktvalidität und normative Daten in einer großen nicht-klinischen Stichprobe. Es wurde in einer Population von über 300 Patienten mit chronischen Schmerzen sowie gesunden Probanden validiert und in beiden Populationen als gültig und zuverlässig befunden.