علوم اعصاب پروس؛ مسیرهای موازی درد؛ ماتریکس درد

Parallel Pain Pathways

Second order fibers in the anterolateral system project to several different structures in the brainstem and forebrain, making it clear that pain is processed by a diverse and distributed network of neurons. While the full significance of this complex pattern of connections remains unclear, these central destinations are likely to mediate different aspects of the sensory and behavioral response to a painful stimulus. One component of this system, the spinothalamic tract, mediates the sensory discriminative aspects of pain: the location, intensity, and quality of the noxious stimulation. These aspects of pain are thought to depend on information relayed through the ventral posterior lateral nucleus (VPL) to neurons in the primary and secondary somatosensory cortex (Figures 10.5 and 10.6A). (The pathway for relay of information from the face to the ventral posterior medial nucleus, or VPM, is considered in the next section.) Although axons from the anterolateral system overlap those from the dorsal column system in the ventral posterior nuclei, these axons contact different classes of relay neurons, so that nociceptive information remains segregated up to the level of cortical circuits. Consistent with mediating the discriminative aspects of pain, electrophysiological recordings from nociceptive neurons in the primary somatosensory cortex (SI) show that these neurons have small, localized receptive fields properties commensurate with behavioral measures of pain localization.

مسیرهای موازی درد

فیبرهای مرتبه دوم در سیستم قدامی-جانبی به چندین ساختار مختلف در ساقه مغز و مغز پیشین متصل می‌شوند و این امر نشان می‌دهد که درد توسط شبکه‌ای متنوع و توزیع‌شده از نورون‌ها پردازش می‌شود. در حالی که اهمیت کامل این الگوی پیچیده اتصالات هنوز مشخص نیست، این مقاصد مرکزی احتمالاً جنبه‌های مختلف پاسخ حسی و رفتاری به یک محرک دردناک را میانجی‌گری می‌کنند. یکی از اجزای این سیستم، دستگاه اسپینوتالامیک، جنبه‌های تمایز حسی درد را میانجی‌گری می‌کند: محل، شدت و کیفیت تحریک دردناک. تصور می‌شود که این جنبه‌های درد به اطلاعاتی بستگی دارند که از طریق هسته جانبی خلفی شکمی (VPL) به نورون‌های قشر حسی-پیکری اولیه و ثانویه منتقل می‌شوند (شکل‌های 10.5 و 10.6A). (مسیر رله اطلاعات از صورت به هسته میانی خلفی شکمی یا VPM در بخش بعدی مورد بررسی قرار می‌گیرد.) اگرچه آکسون‌های سیستم قدامی-جانبی با آکسون‌های سیستم ستون پشتی در هسته‌های خلفی شکمی همپوشانی دارند، اما این آکسون‌ها با طبقات مختلفی از نورون‌های رله تماس برقرار می‌کنند، به طوری که اطلاعات درد تا سطح مدارهای قشری از هم جدا باقی می‌مانند. مطابق با میانجیگری جنبه‌های تمایزی درد، ثبت‌های الکتروفیزیولوژیکی از نورون‌های درد در قشر حسی-پیکری اولیه (SI) نشان می‌دهد که این نورون‌ها دارای خواص میدان‌های گیرنده کوچک و موضعی موضعی هستند که با الگوهای رفتاری مربوط به مکان‌یابی درد هم‌خوانی دارند. 

FIGURE 10.4 Nociceptive and mechanosensory pathways. As diagrammed here, the anterolateral system (blue) crosses and ascends in the contralateral anterolateral column of the spinal cord, while the dorsal columnmedial leminiscal system (red) ascends in the ipsilateral dorsal column. A lesion restricted to the left half of the spinal cord results in dissociated sensory loss and mechanosensory deficits on the left half of the body, with pain and temperature deficits experienced on the right.

شکل ۱۰.۴ مسیرهای درد و حس مکانیکی. همانطور که در اینجا نمودار شده است، سیستم قدامی-جانبی (آبی) در ستون قدامی-جانبی طرف مقابل نخاع عبور کرده و بالا می‌رود، در حالی که سیستم لمینسکی ستون پشتی (قرمز) در ستون پشتی همان طرف بالا می‌رود. ضایعه‌ای که به نیمه چپ نخاع محدود شده باشد، منجر به از دست دادن حس تفکیک‌شده و نقص حس مکانیکی در نیمه چپ بدن می‌شود و نقص درد و دما در سمت راست تجربه می‌شود.

Other parts of the system convey information about the affective motivational aspects of pain: the unpleasant feeling, the fear and anxiety, and the autonomic activation that accompany exposure to a noxious stimulus (the classic fight or flight response; see Chapter 21). Targets of these projections include several subdivisions of the reticular formation, the periaqueductal gray, the deep layers of the superior colliculus, and the parabrachial nucleus in the rostral pons (see Figure 10.5). The parabrachial nucleus processes and relays second pain signals to the amygdala, hypothalamus, and a distinct set of thalamic nuclei that lie medial to the ventral posterior nucleus, which we group together here as the medial thalamic nuclei. These medial thalamic nuclei, which also receive input from anterolateral system axons, play an important role in transmitting nociceptive signals to both the anterior cingulate cortex and to the insula. Together with the amygdala and hypothalamus, which are also interconnected with the cingulate cortex and insula, these limbic forebrain structures elaborate affective motivational aspects of pain (see Chapter 31). Electrophysiological recordings in human patients, which show that cingulate neurons respond to noxious stimuli, support the role of the anterior cingulate cortex in the perception of pain. Moreover, patients who have undergone cingulotomies report an attenuation of the unpleasantness that accompanies pain.

سایر بخش‌های این سیستم، اطلاعاتی در مورد جنبه‌های انگیزشی عاطفی درد منتقل می‌کنند: احساس ناخوشایند، ترس و اضطراب، و فعال‌سازی خودکار که همراه با قرار گرفتن در معرض یک محرک مضر است (پاسخ کلاسیک جنگ یا گریز؛ به فصل ۲۱ مراجعه کنید). اهداف این پیش‌بینی‌ها شامل چندین زیربخش از تشکیلات مشبک، لایه خاکستری اطراف مجرا، لایه‌های عمیق کولیکولوس فوقانی و هسته پارابراکیال در پل مغزی قدامی است (به شکل ۱۰.۵ مراجعه کنید). هسته پارابراکیال سیگنال‌های درد دوم را به آمیگدال، هیپوتالاموس و مجموعه‌ای مجزا از هسته‌های تالاموس که در قسمت داخلی هسته خلفی شکمی قرار دارند، پردازش و منتقل می‌کند، که ما در اینجا آنها را به عنوان هسته‌های تالاموس میانی گروه‌بندی می‌کنیم. این هسته‌های تالاموس میانی، که از آکسون‌های سیستم قدامی-جانبی نیز ورودی دریافت می‌کنند، نقش مهمی در انتقال سیگنال‌های درد به هر دو قشر کمربندی قدامی و اینسولا دارند. این ساختارهای مغز قدامی لیمبیک، همراه با آمیگدال و هیپوتالاموس، که با قشر کمربندی و اینسولا نیز در ارتباط هستند، جنبه‌های انگیزشی عاطفی درد را شرح می‌دهند (به فصل ۳۱ مراجعه کنید). ثبت‌های الکتروفیزیولوژیک در بیماران انسانی، که نشان می‌دهد نورون‌های کمربندی به محرک‌های مضر پاسخ می‌دهند، از نقش قشر کمربندی قدامی در درک درد پشتیبانی می‌کنند. علاوه بر این، بیمارانی که تحت عمل جراحی سینگولوتومی قرار گرفته‌اند، کاهش احساس ناخوشایند همراه با درد را گزارش می‌کنند.

FIGURE 10.5 Two distinct aspects of the experience of pain. The anterolateral system supplies information to different structures in the brainstem and forebrain that contribute to different aspects of the experience of pain. The spinothalamic tract (left of dashed line) conveys signals that mediate the sensory discrimination of first pain. The affective and motivational aspects of second pain are mediated by complex pathways that reach integrative centers in the limbic forebrain.

شکل ۱۰.۵ دو جنبه متمایز از تجربه درد. سیستم قدامی-جانبی اطلاعات را به ساختارهای مختلف در ساقه مغز و مغز پیشین می‌رساند که در جنبه‌های مختلف تجربه درد نقش دارند. مسیر نخاعی-تالاموسی (سمت چپ خط چین) سیگنال‌هایی را منتقل می‌کند که واسطه تشخیص حسی درد اول هستند. جنبه‌های عاطفی و انگیزشی درد دوم توسط مسیرهای پیچیده‌ای که به مراکز یکپارچه‌سازی در مغز پیشین لیمبیک می‌رسند، واسطه‌گری می‌شوند.

Evidence from functional imaging studies in humans supports the view that different brain regions mediate the sensory discriminative and affective-motivational aspects of pain. The presentation of a painful stimulus results in the activation of both primary somatosensory cortex and anterior cingulate cortex; however, by using hypnotic suggestion to selectively increase or decrease the unpleasantness of a painful stimulus, it has been possible to tease apart the neural response to changes in the intensity of a painful stimulus versus changes in its unpleasantness. Changes in intensity are accompanied by changes in the activity of neurons in somatosensory cortex, with little change in the activity of cingulate cortex, whereas changes in unpleasantness are highly correlated with changes in the activity of neurons in cingulate cortex.

شواهد حاصل از مطالعات تصویربرداری عملکردی در انسان، این دیدگاه را تأیید می‌کند که نواحی مختلف مغز، واسطه جنبه‌های تمایز حسی و عاطفی-انگیزشی درد هستند. ارائه یک محرک دردناک منجر به فعال شدن هر دو قشر اولیه حسی-پیکری و قشر کمربندی قدامی می‌شود. با این حال، با استفاده از تلقین هیپنوتیزمی برای افزایش یا کاهش انتخابی ناخوشایندی یک محرک دردناک، می‌توان پاسخ عصبی به تغییرات شدت یک محرک دردناک را در مقابل تغییرات ناخوشایندی آن، از هم تفکیک کرد. تغییرات شدت با تغییرات در فعالیت نورون‌ها در قشر حسی-پیکری همراه است، و تغییر کمی در فعالیت قشر کمربندی ایجاد می‌شود، در حالی که تغییرات در ناخوشایندی با تغییرات در فعالیت نورون‌ها در قشر کمربندی همبستگی بالایی دارد.

From this description, it should be evident that the full experience of pain involves the cooperative action of an extensive network of forebrain regions whose properties we are only beginning to understand. Indeed, brain imaging studies frequently refer to the broad array of areas whose activity is associated with the experience of pain including the somatosensory cortex, insular cortex, amygdala, and anterior cingulate cortex as the pain matrix. In retrospect, the distributed nature of pain representation should not be surprising given that pain is a multidimensional experience with sensory, motor, affective, and cognitive effects. A distributed representation also explains why ablations of the somatosensory cortex do not usually alleviate chronic pain, even though they severely impair contralateral mechanosensory perception.

از این توصیف، باید مشخص باشد که تجربه کامل درد شامل عملکرد مشترک شبکه گسترده‌ای از نواحی مغز پیشین است که ما تازه شروع به درک خواص آنها کرده‌ایم. در واقع، مطالعات تصویربرداری مغز اغلب به طیف وسیعی از نواحی که فعالیت آنها با تجربه درد مرتبط است، از جمله قشر حسی-پیکری، قشر اینسولار، آمیگدال و قشر کمربندی قدامی – به عنوان ماتریکس درد  اشاره می‌کنند. با نگاهی به گذشته، ماهیت توزیع‌شده بازنمایی درد نباید تعجب‌آور باشد، زیرا درد یک تجربه چندبعدی با اثرات حسی، حرکتی، عاطفی و شناختی است. بازنمایی توزیع‌شده همچنین توضیح می‌دهد که چرا تخریب قشر حسی-پیکری معمولاً درد مزمن را تسکین نمی‌دهد، حتی اگر به شدت درک مکانیکی-حسی طرف مقابل را مختل کند.