Processi cerebrali evocati da danno cutaneo
negli adulti
Dr Lorenzo Fabrizi
Dip. Neuroscienze, Fisiologia e Farmacologia
University College London
[email protected]
Processi neurali del dolore
(ovvero cosa succede quando l’informazione sensoriale arriva al
cervello?)
I nocicettori
nocicettori
ricettori
tattili
I nocicettori
Elettrofisiologia in laboratorio
Recettori preferenzialmente
sensibili ad uno stimolo nocivo
che è dannoso o potenzialmente
dannoso per il tessuto
Microneurografia in umani
I nocicettori
Intensita’ dello stimolo codificata
dalla frequenza di attivazione
Potenziale d’azione/
Inpulso nervoso
I nocicettori
Velocita’ delle fibre
Ab 80-120 m/s
Ad 5 - 35 m/s
C 0.5-2 m/s
Zoom of “9.6.03 control unit analysis”
Ad
0.4
C
0.2
0
-0.2
-0.4
Ab
2.5
50 ms
2.6
Tratti spinali ascendenti
Zoom of “9.6.03 control unit analysis”
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
2.5
Joan B. Cracco, Roger Q. Cracco, Renee Stolove (1979)
2.6
Qualche definizione
International Association for the Study of Pain
Dolore
“Una spiacevole esperienza sensoriale ed emotiva associata a danno tissutale
reale o potenziale, o descritta in termini di tale danno. [...]
Il dolore è sempre soggettivo.”
Nocicezione
“I processi neurali di codifica ed
elaborazione stimoli nocivi.”
Stimolozione nociva
“Un evento effettivamente o
potenzialmente dannosi per il tessuto.”
Tracey and Mantyh (2007) Neuron
Primo dolore e secondo dolore
Aree del cervello coinvolte nell’elaborazione del
segnale nocicettivo
• La sensazione di dolore risulta dall’ attivazione di circuiti
neuronali interconnessi
MC Bushnell, AV Apkarian - Wall and Melzack's Textbook of Pain
La corteccia cerebrale
Neuroni della
corteccia
somatosensoriale –
risposte nocicettive
e tattili
Da singole cellule ad una rete piu’ complessa
H Lee, GV Simpson, NK Logothetis, G Rainer - Neuron, 2005
Elettroencefalografia
Misura l’attivita’ elettrica del
cervello dalla superficie
Principi generali
V = RI
I=0
Don’t measure anything
V = RI
I≠0
Measure something
Da dove vengono i potenziali?
• No potenziali d’azione
• Di solito sono asincroni
• Gli assoni vanno in direzioni diverse rispetto alla superficie
• La sorgente piu’ probabile sono i potenziali post-sinaptici delle cellule
piramidali
Da dove vengono i potenziali?
Forme d’onda tipiche
Alpha 7.5 - 13 Hz
Occipitale, normale in adulti rilassati
Beta 14 Hz e sopra (attivita’
“veloce")
Frontale e parietale, adulti vigili
Theta 3.5 -7.5 Hz (attivita’ “lenta“)
Bambini (fino a 13 anni) e adulti addormentati,
anormale in adulti svegli
Delta 3 Hz e sotto
Neonati (fino a 1 anno) and adulti addormentati
Potenziali evento-correlati (ERP)
ERPs
“Potenziali elettrici associati a specifici eventi
sensoriali, percettivi, cognitivi, o motori”
Da EEG a ERP…
Media del segnale EEG time-locked a molte
ripetizioni dello stesso ‘evento’
Rapporto Segnale/Rumore aumenta; quello che
rimane e’ ‘relativo all’evento’
EEG = 20-50v / ERP = 1-10 v
Potenziali evento-correlati (ERP)
• Immerso nel segnale EEG c’e’ una piccola
risposta dovuta all’evento specifico
Potenziali evento-correlati (ERP)
ERP tipici
• Potenziali Visivi
– Risposte a seguito di stimolazioni
visive
• Potenziali
Somatosensoriali
– Risposte a seguito della
stimolazione dei nervi periferici (per
es. mani, piedi)
• Potenziali Uditivi
– Risposte a seguito di toni
presentati con cuffie o auricolari
Analisi classica di ERP
Parametri che vengono osservati:
- Peak-to-Peak
- Base-to-Peak
- Peak latency
ERP applicati allo studio del dolore
Baumgartner U Treede RD (2012) Clin Neurophys
Laser Evoked Potential (LEP)
Bromm B Treede RD - 1987 Exp Brain Res
Come viene processato un danno reale del
tessuto?
Risposte phaselocked o non
phase-locked
Media nel tempo
Distribuzione dei
ritardi di risposta
Distribuzione delle
fasi di risposta
Analisi in Tempo-Frequenza
Wavelet Transform
Potenziale evento-correlato all’incisione
Incisione
Controllo
Potenziale evento-correlato all’incisione
Ipotesi
N2 (non differente)
• Ab input
• Generata dai neuroni che
sottendono la rappresentazione
della mano nella corteccia
somatosensoriale primaria (SI)
P2 (differente)
• Ad input
• Generata da SII e rappresenta
orientamento attentivo ed
elaborazione affettiva dell’ input
nocicettivo
Analisi tempo-frequenza del potenziale
evento-correlato all’incisione
Analisi tempo-frequenza del potenziale
evento-correlato all’incisione
Attività relativa all’input Ad o alla
salienza dello stimolo nocivo
Questo può riflettere le attività
cerebrali legate ai processi
attentivi e mnemonici richieste dal
compito di punteggio del dolore o
all’input delle fibre C
Effetto della sensibilizzazione periferica
•
L'olio di senape causa attivazione temporanea
di una classe di nocicettori (TRPA1)
•
TRPA1 è principalmente localizzata in C-fibre
e piccoli neuroni sensoriali
•
TRPA1 è noto per essere coinvolto nel dolore
Causa
sensibilizzazione a
pressione e pin prick
Effetto di sensibilizzazione periferica
• Nessuna differenza nel
pain score
Effetto di sensibilizzazione periferica
• Meno attivita’ relativa a Ad input
• Sembra indicare un’ interazione
a livello centrale
• l’input Ad e’ influenzato dalla
presenza di un’ attivita’ di
background dovuta alle fibre
C
Discriminatori verbali
“Pricking” AND NOT (“Dull” OR “Pressing”) dolore mediato da fibre Ad
“Dull” AND “Pressing” AND NOT “Pricking” dolore mediato da fibre C
(20 fibre Ad; 4 fibre C; 14 nessuna delle due)
Discriminatori verbali
P2 e’ differente tra le incisioni
descritte come mediate da Ad e
quelle che non cadono in nessuna
categoria, rafforzando l’idea che P2
e’ relativa all’input Ad
Discriminatori verbali
Attività relativa all’input Ad
Desincronizzazione relativa
all’input C
Attività relativa alla salienza dello
stimolo nocivo
In conclusione
• Una stimolazione nociva che causa danno al tessuto cutaneo provoca un
distinto potenziale evento-correlato (Lance Event Related Potential, LERP)
• Fibre Aβ e Aδ evocano un’elaborazione somatosensoriale corticale
modulato dalla salienza
• Questo LERP consiste anche di un aumento di energia phase-locked, che puo’
che può essere perturbato da attività in corso di fibre C TRPA1+ve
• Interazione centrale di input di fibre Aδ e C
• Il dolore da incisione e’ predominantemente dovuto all’ attivazione di fibre Aδ,
che risulta nel LERP, e che, quando i soggetti descrivono l’incisione come
mediata da fibre C, una desincronizzazione ultra-late (ERD) nella banda delta
segue questa risposta
• Il dolore a seguito di incisione e’ mediato da una combinazione di
tutte le fibre periferiche sensoriali
Ringraziamenti
Prof Maria Fitzgerald
Prof Sofia Olhede
Gemma Williams
Amy Lee
Dr Judith Meek
