Wat gebeurt er in je brein als je een beslissing neemt terwijl je pijn voelt?

Onze verwachtingen spelen een belangrijke rol in hoe wij pijn ervaren. Dezelfde noxische input kan veel intenser worden ervaren als dit van tevoren ook verwacht wordt. Er wordt vaak gedacht dat dit te verklaren is op basis van veranderingen in de somatosensorische verwerking. Dit onderzoek heeft gekeken naar de invloed van de verwachting van pijn op de daadwerkelijke pijnperceptie en of dit afhankelijk is van ‘perceptuele beslisvorming’. Beide hypothesen bevestigen de sterke rol van biased decision-making; een signaal dat een hoge waarschijnlijkheid geeft op een hoge of lage stimulans heeft een grote invloed op hoe de persoon de stimulans ervaart. Dit is eerder op basis van de verwachtingen van de persoon te verklaren dan puur op basis van somatosensorische verwerking.

Beeldvormende onderzoeken van het brein beginnen nu de neurale mechanismen van deze perceptuele beslisvorming in kaart te brengen, waarbij activiteit van de dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC) wordt gelinkt aan het verzamelen van informatie. De meeste studies kijken echter niet direct naar pijn, welke wordt beïnvloed door een tal van omgevingsprikkels. Dit opent de deur naar twee scenario’s; Als activiteit in de DLPFC inderdaad de bias op beslisvorming laat zien, dan zou een bepaalde cue voor de persoon positief gerelateerd kunnen zijn aan een verwachte sensatie, ongeacht of er veel of weinig pijn wordt verwacht. Aan de andere kant, als deze stimuli gevoelig zijn voor hoe waardevol een gemaakte keuze is, dan kan een cue een positieve relatie hebben met hoe een verwachte sensatie wordt ervaren.

Daarnaast hebben de onderzoekers ook gekeken naar de somatosensorische verwerking in de context van pijn. Wanneer een pijnprikkel verwacht wordt, heeft dit invloed op de snelheid van de beslisvorming. Deze snelheid van beslisvorming, in dit onderzoek ook wel ‘drift rate’ genoemd, kan leiden tot verandering van activiteit in breinregio’s die worden gelinkt aan somatosensorische verwerking en de amygdala, die bepaalt hoe sensitief de sensorische prikkels zijn op basis van de verwachte dreiging of schade die eruit kan voortkomen.

Dit onderzoek kijkt naar de onderliggende neurale processen van biased besluitvorming en veranderde somatosensorische verwerking in de context van pijn door middel van functionele MRI bij gezonde vrijwilligers.

Methode

22 vrijwilligers participeerden in dit onderzoek. De participanten waren rechtshandig, Engelssprekend, hadden normale pain thresholds en normale visus (met en zonder visuscorrectie). De participanten hadden geen historie met neurologische of psychische aandoeningen of chronische pijn.

Door middel van fMRI werden breinresponses tijdens de anticipatie en perceptie van hoge en lage noxische stimuli in beeld gebracht. Het onderzoek bestond uit vier blokken, elk bestaande uit 42 trials. Bij elke trial kreeg de participanten een van de volgende cues te zien; witte lijnen die een vierkant, driehoek of cirkel vormen tegen een zwarte achtergrond. Een van deze drie cues stond voor 80% kans op een hoge stimulans en 20% kans op een lage stimulans. Een andere cue stond voor 20% kans op een hoge stimulans, en 80% kans op een lage stimulans. De derde cue had 50% kans op beide stimuli. De cues werden willekeurig toegewezen aan de verschillende kansmogelijkheden.

Bij elke trial werd er een hoge intensiteit prikkel of een lage intensiteit prikkel gegeven op de dorsale zijde van de linkerhand, vijf seconden na het tonen van de cue. Participanten moesten zo snel en accuraat mogelijk benoemen of ze een lage of hoge stimulus hadden gekregen door de betreffende knop in te drukken. De participanten kregen geen feedback op de gemaakte keuze.

Resultaten

De resultaten zijn gepresenteerd in drie effecten: de shift van de starting point bij hoge pijn waarbij een hoge stimulans verwacht wordt, de shift van de starting point bij lage pijn waarbij een lage stimulans  verwacht wordt  en een toename van drift rate wanneer lage stimulans werd geleverd maar een hoge stimulus werd gegeven. De starting point staat voor de mate van bias op de beslissing die genomen wordt (deze wordt dus beïnvloed door de cue die zichtbaar is, oftewel 80/20, 20/80 of 50/50 kans), de drift rate staat voor de verandering in de snelheid van sensorische verwerking.

Verwachting gerelateerd aan de shift van de starting point

Des te meer participanten hun DLPFC activeerde tijdens de cue periode (tijd tussen cue en stimulans) wanneer zij een hoge stimulans verwachtte, des te zwakker was hun bias van beslisvorming richting een hoge mate van pijn. Bij een lage pijn werd juist het tegenovergestelde waargenomen. Dat betekent; des te meer de participanten hun DLPFC activeerde tijdens de cue periode wanneer zij een lage stimulans verwachtte, des te sterker was hun bias van beslisvorming richting een lage mate van pijn. Beide situaties werden vergeleken met de cue die 50/50 kans suggereerde.

Deze resultaten staan recht tegenover de resultaten die worden gevonden bij responspatronen van de DLPFC bij neutrale beslisvorming en suggereren dat ze gerelateerd zijn aan een voorbereidende, beschermende functie.

Effecten van anticipatoire DLPFC-activiteit

Om de relevantie van pijn verder te onderzoeken- bij anticipatoire DLPFC-activiteit, hebben de onderzoekers getest of DLPFC-activatie invloed heeft op het descenderende pijnsysteem tijdens het moment dat de participant de stimulus verwacht. Er werd zowel naar de hoge als lage stimulans gekeken. Interessant genoeg werd er alleen activatie van de descenderende pijnsystemen gevonden wanneer er een hoge mate van pijn verwacht werd. Zo zagen de onderzoekers een activatie in het PAG (periaqueductaal grijs). Deze PAG-activatie werd vooral gevonden in het gedeelte dat sterk geassocieerd wordt met descenderende analgetische mechanismen.

Veranderingen in de sensorische verwerking

Er werd een significante associatie gevonden tussen een toename van de drift rate en activatie in de linker en rechter amygdala, maar alleen wanneer de prikkel erger was dan de persoon verwachtte. In andere woorden; hoe sterker de amygdala reageert, des te sneller de drift rate toenam tijdens het toedienen van de hoge stimulans waarbij een lage stimulans verwacht werd.

Veranderingen breinverbindingen door een toename van drift rate

De auteurs hebben verder onderzocht wat de consequenties zijn van de drift rate-regrelateerde amygdala-responses tijdens het worst-case scenario (lage stimulans verwacht maar hoge stimulans ontvangen). Er werd in deze omstandigheid een toename gevonden in de verbinding tussen de linker amygdala en het PAG. Interessant genoeg werd bij dit onderzoek vooral activatie gevonden in het dorsale en laterale aspecten van het PAG, waar het bovenstaande onderzoek vooral activiteit zag in in het ventrolaterale deel van het PAG.

Conclusie

De resultaten benadrukken de neurale basis die een rol speelt in het nemen van beslissingen onder invloed van pijn. Het geeft inzicht in hoe het brein te werk gaat wanneer wij een bepaalde stimulans verwachten en te verwerken krijgen. De verwachtingen spelen hierin dus een belangrijke rol.

Opmerkingen samenvatter

Het is bekend dat de DLPFC een cruciale rol speelt in de regulatie van pijn, met name gericht op top-down modulatie wanneer een stimulus verwacht wordt. Dit onderzoek laat zien dat de DLPFC-activiteit met name piekt op het moment dat de prikkel verwacht wordt en niet zozeer wanneer de stimulus toegediend wordt.

De resultaten van dit onderzoeken onderschrijven de rol van de DLPFC in de verwachting van een stimulus, waar met name activiteit wordt gevonden als een hoge pijnprikkel verwacht wordt. Dit onderzoek laat ook zien dat dat gezonde individuen een bias hebben lage pijn (dus de 20/80 cue; 20% kans op een hoge stimulans, 80% kans op een lage stimulans). Het zou zeer interessant zijn om deze resultaten te vergelijken met mensen die bekend zijn met chronische pijn. Verwachten zij ook bij de 20/80 cue sneller een hoge stimulans, gemeten door meer DLPFC-activiteit? Het zou meer inzicht geven in de psychosociale werkingsmechanismen van chronische pijn in het brein.

Wanneer de DLPFC-activiteit hoog was (er werd een hoge stimulans verwacht), dan was er ook sprake van meer PAG-activiteit wanneer de stimulans ontvangen werd. Dit laat zien dat de verwachting van de prikkel invloed heeft op de mate van descenderende pijninhibitie, welke onder anderen door het PAG gereguleerd wordt.

In de praktijk zien wij dit proces ook bij patiënten. Een patiënt verwacht een bepaalde pijnintensiteit (vooral gebaseerd op ervaringen uit het verleden) en dit is bepalend voor hoe de daadwerkelijke prikkel ervaren wordt. Zo weten we dat angst een grote factor is bij lagerugpijn. Theoretisch zouden wij als therapeut bijvoorbeeld de DLPFC- en PAG-activiteit kunnen beïnvloeden door de patiënt gerust te stellen en angst te verminderen.

Bron: Wiech K, Eippert F, Vandekerckhove J, Zaman J, Placek K, Tuerlinckx F, Vlaeyen JWS, Tracey I. Cortico-Brainstem Mechanisms of Biased Perceptual Decision-Making in the Context of Pain. J Pain. 2021 Nov 29:S1526-5900(21)00371-0. doi: 10.1016/j.jpain.2021.11.006. Epub ahead of print. PMID: 34856408.

Foto bij artikel door adaask / iStock.