The mapping of cortical activation by near infra-red spectroscopy might be a biomarker related to the severity of fibromyalgia

The delta value of oxyhemoglobin (Δ-HbO) determined by functional near-infrared spectroscopy at prefrontal cortex (PFC) and motor cortex (MC) based on primary (25 °C) and secondary (5 °C) thermal stimuli presented a larger peak latency at left MC in fibromyalgia than in controls. The difference between HbO concentration 15 s after the thermal stimuli ending and HbO concentration before the thermal stimuli onset (Δ-HbO*) at left PFC increased 47.82% in fibromyalgia and 76.66% in controls. This value had satisfactory discriminatory properties to differentiate cortical activation in fibromyalgia versus controls. A receiver operator characteristics (ROC) analysis showed the Δ-HbO* cutoffs of − 0.175 at left PFC and − 0.205 at right PFC offer sensitivity and specificity of at least 80% in screening fibromyalgia from controls. In fibromyalgia, a ROC analysis showed that these cutoffs could discriminate those with higher disability due to pain and more severe central sensitization symptoms (CSS). The ROC with the best discriminatory profile was the CSS score with the Δ-HbO* at left PFC (area under the curve = 0.82, 95% confidence interval = 0.61–100). These results indicate that cortical activation based on Δ-HbO* at left PFC might be a sensitive marker to identify fibromyalgia subjects with more severe clinical symptoms

Padrão de ativação do córtex frontoparietal induzido por estímulo nociceptivo térmico na fibromialgia e controles saudáveis

Introdução: A fibromialgia é uma síndrome de dor crônica complexa e debilitante e relacionada a sensibilização central e alterações de conectividade cortical. O desenvolvimento de técnicas de neuroimagem funcional como a ressonância magnética funcional (fMRI) e a espectroscopia por infravermelho próximo funcional (fNIRS) permitem acessar a resposta do córtex cerebral desencadeada por estímulos periféricos, e assim, compreender, através do método BOLD (blood oxygen level dependent) e medidas indiretas da função neuronal, diferenças de ativação cortical que podem estar presentes em pacientes fibromiálgicas (FM). Estudos demonstram haver correlação entre a intensidade do estímulo algogênico e a magnitude do recrutamento de áreas corticais envolvidas no processamento da dor, incluindo córtex somatossensorial e pré-frontal (PFC). Entretanto, faltam informações sobre a relação da função do córtex motor primário (M1) e PFC e sua relação com achados clínicos da FM. Objetivos: Comparar a intensidade e velocidade da ativação de M1 e PFC entre FM e controles saudáveis e correlacionar o padrão de ativação de FM com achados clínicos de sensibilização central (PCSI) e interferência global da dor crônica nas emoções, atividades diárias e relações interpessoais (P:PCP:S). Métodos: Foram selecionadas 41 mulheres (FM = 19 e Controles = 22) com idade entre 18 e 65 anos. A ativação do córtex pré-frontal e região M1 foi avaliada pelas curvas de oxi-desoxihemoglobina obtidas por fNIRS durante teste com dois estímulos térmicos diferentes (água a 25oC e 5oC). Obtivemos dados do delta (Δ) oxihemoglobina (HbO), Δ-desoxihemoglobina (HHb) e latência de pico. O Δ foi calculado pela diferença do valor de base e após estímulo algogênico (5oC) e a mudança entre dois diferentes estímulos térmicos. Resultados: Houve diferença na ativação cerebral entre fibromiálgicas e saudáveis. Estímulos mais intensos geraram maior ΔHbO em M1 (durante e após o estímulo) e PFC (após o estímulo). O grupo FM teve menor latência para pico no M1 contralateral (Wald’s chi-square (1)=8.53; p=0.003) e o grupo controle apresentou maior ΔHHb bilateralmente em M1 (M1 Esquerdo - Wald’s chi-square (1)=8.54; p=0.003. M1 Direito - Wald’s chi-square (1)=9.49; p=0.002). Entre as FM, a ativação do PFC foi associada a sintomas de sensibilização central (=0.63; p<0.01) e comprometimento global (F=4.78; power = 0.53; p=0.04). A resposta de M1, por sua vez, foi relacionada a comprometimento global (=0.52; p<0.05). Conclusão: A ativação cortical de FM é diferente de voluntárias saudáveis – nesta amostra, o grupo FM teve uma resposta mais rápida e menos evidente. O maior recrutamento cortical decorrente de estímulo algogênico, entretanto, esteve relacionado a piores sintomas clínicos e sugere maior sensibilização central.Background: Fibromyalgia is a complex and debilitating chronic pain syndrome related to central sensitization and changes in the connectivity of cortical areas. The development of functional neuroimage techniques such as fMRI and fNIRS enable better access to brain’s cortical response triggered by peripheral stimuli, and, thus, to comprehend differences of neuronal function that may be present on fibromyalgia (FM) patients. Studies demonstrated correlations between the intensity of pain stimulus and the magnitude of recruitment of cortical areas involved in pain processing, including somatosensory and prefrontal cortices. However, there is a lack of data focusing on motor cortex and prefrontal cortex (PFC) activity and their relation with the clinical features of FM patients. Objectives: To compare the intensity and velocity of M1 and PFC activation between FM patients and healthy controls (HC) and to correlate the pattern of activation among FM and clinical features of central sensitization and global interference of chronic pain in emotions, daily activities and personal relationships. Methods: We included 41 women (FM = 19 and HC = 22) women, aged between 18 and 65 years. The brain’s cortical activation on PFC and M1 was measured by the oxy-deoxyhemoglobin curves by the fNIRS during two different thermal stimuli (water at 25oC, and 5oC). We accessed data of the delta value (Δ)-oxy-hemoglobin (HbO), Δ-deoxy-hemoglobin (HHb) and the peak latency. The value (Δ) was calculated by the difference between the baseline to after painful stimulus (5oC) and the change between two different thermal stimuli. Results: Stronger stimuli generated higher ΔHbO on M1 (during and post-stimulus) and PFC (post-stimulus). FM group showed shorter peak latency on contralateral M1 (Wald’s chi-square (1)=8.53; p=0.003), and HC had higher ΔHHb on bilateral M1 (Left M1 Wald’s chi-square (1)=8.54; p=0.003. Right M1 Wald’s chi-square (1)=9.49; p=0.002). Among FM patients, the PFC activation was associated with symptoms of central sensitization (=0.63; p<0.01) and global commitment (F=4.78; power = 0.53; p=0.04). M1 response, in turn, was related to symptoms of global commitment (=0.52; p<0.05). Conclusions: Cortical activation of FM is different from HC. In this sample, FM had a faster-stuck response. The increased cortical recruitment due to nociceptive stimuli, however, was related to worse clinical symptoms and highlighted higher central sensitization