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La scienza ha decifrato il codice sul dolore cronico?
In un primo momento, i ricercatori dell'UCSF hanno i dentificato gli stati di dolore cronico negli individui direttamente dalla loro attività neurale
Di Ilona Garner
Se sei uno dei 50 milioni di americani che soffrono di dolore cronico, probabilmente hai provato la frustrazione di provare a trattare un problema che non ha una causa chiara. Potrebbe anche esserti stato detto che è nella tua testa.
E questo è in parte vero, ma non nel modo in cui potresti supporre.
Oggi, è ampiamente riconosciuto tra i medici e gli scienziati del dolore che il dolore cronico non è solo un'estensione del dolore acuto, che è la sensazione normale e temporanea che si prova dopo aver sbattuto il dito del piede o aver toccato una padella calda. Invece, è una malattia separata in cui i normali circuiti del cervello vengono ricablati per un lungo periodo di tempo per fornire segnali di dolore anche quando non ci sono danni ai tessuti o altre ovvie fonti di dolore.
Ma come il dolore cronico sia rappresentato nel cervello e come tale rappresentazione differisca o si sovrapponga alle rappresentazioni del dolore acuto è stato in gran parte un mistero.
Uno dei motivi per cui il dolore cronico è così difficile da caratterizzare è perché l'esperienza del dolore è molto complessa. È legato non solo alla corteccia somatosensoriale, dove il cervello riceve ed elabora le informazioni sensoriali, come il tatto e la temperatura, ma anche ai settori di elaborazione cognitiva ed emotiva del cervello. È profondamente intrecciato con i circuiti di aspettativa e ricompensa, così come quelli relativi all'umore e all'attenzione, che sono tutti costantemente fluttuanti in base all'input, all'ambiente e alla biologia individuale.
E mentre il dolore può essere universale, è anche soggettivo. Ad esempio, un gruppo di persone con mal di schiena cronico può avere scansioni MRI dall'aspetto simile, ma riportare livelli molto diversi di gravità e posizione del dolore. Fino ad ora non esisteva una misura oggettiva - ciò che viene chiamato un biomarcatore - del dolore cronico e della sua gravità.
"Poiché il modo in cui il dolore cronico riorganizza le reti neurali è così unico per ogni individuo, abbiamo davvero bisogno di strategie di trattamento più personalizzate per affrontarlo", afferma Prasad Shirvalkar, MD, PhD, professore associato di anestesia, neurologia e chirurgia neurologica. "Per indirizzare il dolore di un singolo paziente, abbiamo prima bisogno di biomarcatori oggettivi di un'esperienza soggettiva".
È personale
In un nuovo studio, riportato il 22 maggio su Nature Neuroscience, Shirvalkar e i suoi colleghi hanno cercato quei biomarcatori impiantando un dispositivo di registrazione neurale nella corteccia cingolata anteriore (ACC) e nella corteccia orbitofrontale (OFC) di quattro persone (tre con dolore post-ictus e uno con dolore all'arto fantasma).
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L'ACC è stato a lungo implicato nella dimensione emotiva del dolore ed è associato a quella sensazione di base di "spiacevolezza". L'OFC, che non è così ben studiato, ha connessioni fisiche con l'ACC e prove crescenti suggeriscono che sia attivato nella dimensione cognitiva del dolore, in particolare l'aspettativa del dolore e la sua intensità percepita.
I partecipanti allo studio hanno svolto la loro vita quotidiana per diversi mesi e hanno riportato punteggi del dolore circa tre volte al giorno che descrivevano la gravità del dolore e come li faceva sentire in quel momento. Immediatamente dopo aver annotato i rapporti, hanno usato un telecomando per registrare 30 secondi di attività neurale dal dispositivo impiantato nel loro cervello.
Utilizzando modelli di apprendimento automatico, i ricercatori sono stati in grado di prevedere i livelli di dolore riportati con specifici modelli di attività neurale in ciascun paziente, definendo una firma neurale univoca per l'esperienza del dolore di quella persona. Hanno scoperto che i segnali dell'OFC erano più fortemente correlati con episodi di dolore cronico rispetto a quelli dell'ACC.
"Questo è un grande traguardo perché è la prima volta che l'attività neurale correlata al dolore cronico è stata misurata nel mondo reale per un periodo di tempo clinicamente rilevante", afferma Shirvalkar. "E mentre i biomarcatori che abbiamo trovato erano specifici per ogni individuo, la loro posizione nell'OFC sembrava essere comune tra i soggetti".
Il tuo cervello su diversi tipi di dolore
Per confrontare il modo in cui il dolore cronico e il dolore acuto sono rappresentati nel cervello, i partecipanti sono stati anche esposti a un doloroso esperimento di stimolo termico in laboratorio. Questa volta, in due partecipanti, l'attività neurale associata al dolore proveniva principalmente dai segnali generati nell'ACC e non è durata quanto i segnali sostenuti visti nell'OFC durante le registrazioni correlate al dolore cronico.
Nonostante la piccola dimensione del campione, questo studio fornisce la prima prova diretta che il dolore acuto e cronico hanno rappresentazioni neurali diverse all'interno del cervello della stessa persona. Queste prove sottolineano ciò che molti medici e pazienti già sanno: i trattamenti che aiutano ad affrontare il dolore acuto, come gli oppioidi, hanno meno probabilità di essere efficaci per il dolore cronico e neuropatico.
Dolore cronico nel cervello
Animazione che mostra l'attività nel cervello che coincide con il dolore dell'arto fantasma riportato da un soggetto nello studio. I partecipanti hanno colorato una silhouette che evidenzia la posizione e il grado del dolore mentre i ricercatori hanno registrato l'attività cerebrale. Il lavoro fornisce la prima prova diretta che il dolore acuto e cronico hanno rappresentazioni diverse nel cervello. Animazione di Prasad Shirvalkar
Mappe personali del dolore
Durante lo studio, i pazienti hanno disegnato i propri diagrammi del corpo del dolore. Di seguito sono riportati i diagrammi di quattro diversi partecipanti allo studio che mostrano la posizione e l'intensità del loro dolore. Il verde equivale a un lieve dolore per il partecipante, mentre il rosso equivale a un forte dolore. Da sinistra a destra: dolore post-ictus, dolore da arto fantasma, dolore post-ictus, dolore post-ictus. Immagine di Prasad Shirvalkar
Le reti neurali sono andate male
Lo sviluppo di biomarcatori personalizzati del dolore cronico ha enormi implicazioni per le terapie future. Se i ricercatori possono definire sottotipi di dolore cronico dalla loro firma neurale, potrebbero essere in grado di determinare quali firme rispondono meglio a diversi trattamenti.
Un possibile trattamento sarebbe quello di somministrare una corrente elettrica terapeutica che interrompa le connessioni anormali e durature che si formano tra i neuroni quando il dolore acuto si trasforma in dolore cronico.
"Il dispositivo che abbiamo impiantato nei partecipanti a questo studio è in realtà un dispositivo di stimolazione cerebrale profonda che ha la capacità non solo di percepire e registrare l'attività cerebrale, ma anche di fornire stimolazione elettrica quando necessario", afferma Philip Starr, MD, PhD, professore di chirurgia neurologica e autore senior dello studio. "La speranza è che individuando i segnali cerebrali specifici alla base dell'esperienza del dolore di qualcuno, possiamo programmare il dispositivo per fornire la stimolazione solo quando tali segnali vengono rilevati e riportare le reti del dolore del cervello a uno stato normale e sano".
Starr, insieme a Edward Chang, MD, professore e presidente di chirurgia neurologica e un altro autore senior dello studio, è già stato in prima linea nello sviluppo di queste strategie di neurostimolazione personalizzate per altre malattie caratterizzate da reti neurali andate male, come la depressione e il morbo di Parkinson malattia.
"Il dolore cronico si manifesta in modo molto diverso in persone diverse, il che lo rende un candidato particolarmente adatto per la neurostimolazione personalizzata", afferma Chang. "Questo ci avvicina allo sviluppo di una nuova terapia per le persone che soffrono di dolore continuo".
Funding: This study was funded by the BRAIN Initiative (UH3NS109556), NIH HEAL Initiative (UH3NS115631) and DARPA.
Traduzione di Filo di Speranza
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