Central modulators of human pain: Effects of oxytocin, exam stress, breathing exercises and transcranial magnetic stimulation

Abstract (English)

Background Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) of motor and prefrontal cortex has been shown to modulate pain perception. Even though evidence suggests an involvement of cerebellar structures in pain processing, the effect of rTMS over the cerebellum on pain perception has not yet been investigated. Objective/Hypothesis This study aimed to test the effects of rTMS over the ...

Abstract (English)

Background Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) of motor and prefrontal cortex has been shown to modulate pain perception. Even though evidence suggests an involvement of cerebellar structures in pain processing, the effect of rTMS over the cerebellum on pain perception has not yet been investigated. Objective/Hypothesis This study aimed to test the effects of rTMS over the cerebellum on sensory perception, particularly controlling for peripheral stimulation effects. Methods Sensory perception was determined as temperature detection and temperature pain thresholds. Experiment one explored the effects of four different rTMS protocols (flat figure-of-eight coil; 120% motor resting threshold; 1000 stimuli; 1 Hz and 10 Hz; medial and right lateral cerebellum) on sensory thresholds in 10 healthy volunteers using pairwise comparisons. The most efficient protocol of experiment one was compared in a second experiment with two control conditions (rTMS with a sham coil over the cerebellum [sham] and repetitive magnetic stimulation [rMS] of the neck) by using robust statistics (MANOVA). Results The first experiment demonstrated pronounced effects on sensory perception for 1Hz rTMS over the lateral cerebellum. The second experiment confirmed this result in comparison to sham. However, rMS over the neck had a similar effect like rTMS over the cerebellum. Conclusions Our findings suggest that changes in sensory perception after rTMS over the cerebellum are largely due to stimulation effects on peripheral structures and support recent reports of analgesic effects of neck rMS. They advocate the critical review of the proposed analgesic effects of rTMS and encourage the future use of proper control conditions in rTMS research. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

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Die zur Verfügung stehenden Möglichkeiten der Schmerzlinderung beim Menschen sind unzureichend. Die Mechanismen der Schmerzmodulation müssen erforscht und besser verstanden werden. Die folgende Arbeit gibt zunächst einen Überblick über das gegenwärtige Verständnis des Schmerzes, seine zugrunde liegenden Mechanismen und Modulatoren. In Studie 1 dieser Arbeit wurde bei 36 männlichen Probanden ...

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Die zur Verfügung stehenden Möglichkeiten der Schmerzlinderung beim Menschen sind unzureichend. Die Mechanismen der Schmerzmodulation müssen erforscht und besser verstanden werden. Die folgende Arbeit gibt zunächst einen Überblick über das gegenwärtige Verständnis des Schmerzes, seine zugrunde liegenden Mechanismen und Modulatoren. In Studie 1 dieser Arbeit wurde bei 36 männlichen Probanden untersucht, ob eine hohe intranasale Dosis des Neurohypophysen-Hormons Oxytocin die Wahrnehmung und Verarbeitung thermaler Schmerzreize verändert. Experimentelle Schmerzschwellen wurden bestimmt, sowie die Bewertung und zerebrale Verarbeitung schmerzhafter Hitzereize anhand funktioneller Magnetresonanztomographie untersucht. Im Ergebnis hatte Oxytocin einen signifikanten reduzierenden Effekt auf die Bewertung von Hitze-Intensitäten und die Aktivität der Amygdala. Diese Effekte waren klein und unabhängig von der applizierten Temperatur. Die Studie konnte damit die Hypothese einer anti-nociceptiven Wirkung von Oxytocin nicht bestätigen, aber erste Belege für einen Effekt von Oxytocin auf die zentralnervöse Verarbeitung von Hitzereizen liefern. Studie 2, eine longitudinale Fragebogenstudie, untersuchte die Effekte einer akademischen Prüfungsperiode auf das körperliche Befinden bei 150 Studierenden. Verschiedene Schmerzsymptome, aber auch gastro-intestinale und autonome Beschwerden nahmen unter Prüfungsstress zu. Die Persönlichkeitsdimension Neurotizismus konnte einen signifikanten Anteil der unter Stress auftretenden Symptome vorhersagen, nicht so Alexithymie, Ängstlichkeit und Depressivität. Studie 2 bietet die erste umfassende, quantitative Erfassung körperliche Symptome unter Prüfungsstress mit dem Screeningfragebogen für Somatoforme Störungen (SOMS). Neurotizismus wurde als möglicher prädisponierender Faktor für das Auftreten körperlicher Beschwerden unter Stress identifiziert. Studie 3 zielte darauf ab, mögliche physiologische Mechanismen der analgetischen Wirkung von Atemübungen zu untersuchen. Weder Atemfrequenz, Herzratenvariabilität, noch Hyperventilation zeigten sich als signifikante Prädiktoren experimenteller Hitzeschmerzschwellen und Hitzeschmerz-Ratings bei 20 gesunden Probanden. Eine Korrelation zwischen der Herzrate bei Versuchsbeginn und Hitzeschmerzratings konnte beobachtet werden und damit ein weiterer Beleg für das Zusammenspiel zwischen autonomem Nervensystem und Schmerzwahrnehmung gefunden werden. In Studie 4 wurde anhand zweier Experimente die Möglichkeit einer Beeinflussung thermaler Schmerzschwellen durch repetitive transcranielle Magnetstimulation (rTMS) des Cerebellums erforscht. Obwohl zunächst im ersten Experiment schmerzreduzierende Effekte cerebellärer TMS beobachtet wurden, zeigte das zweite Experiment, dass diese Effekte periphäre Ursachen haben oder dem Placebo-Effekt geschuldet sind. Studie 4 verdeutlicht die Bedeutsamkeit valider Kontrollbedingungen bei der Untersuchung zentralnervöser Schmerzmodulation. Die abschließende Diskussion befasst sich mit der gängigen Methodik in der experimentellen Schmerzforschung. Die Methoden, Ergebnisse und Einschränkungen der vorgestellten Studien werden zusammengefasst und zukünftige Forschungsrichtungen aufgezeigt.

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