L’inactivation pharmacologique des cortex insulaire postérieur et somatosensoriel secondaire du primate atténue l’hyperalgésie thermique^*

Pharmacological Inactivation of the Primate Posterior Insular/Secondary Somatosensory Cortices Attenuates Thermal Hyperalgesia

¹ Human Informatics and Interaction Research Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Ibaraki, Japan
² Graduate School of Comprehensive Human Sciences, University of Tsukuba, Tsukuba-City, Japan
³ Institute for Human Movement and Medical Sciences, Niigata University of Health and Welfare, Niigata-City, Japan
⁴ Department of Physical Therapy, Niigata University of Health and Welfare, Niigata-City, Japan

Résumé

Contexte : Nous avons précédemment développé un modèle de douleur centrale post-AVC (DCPA) chez le macaque et confirmé l’implication d’une activité accrue du cortex insulaire postérieur (CIP) et du cortex somatosensoriel secondaire (SII) dans l’allodynie mécanique, observée en cas de DCPA, en associant une inactivation pharmacologique de ces régions corticales et des techniques d’imagerie. Cependant, on ne sait pas si cette inactivation joue un rôle dans l’hyperalgésie thermique. Par conséquent, en utilisant ce modèle de macaque, nous avons examiné les réponses comportementales aux stimuli thermiques après une inactivation pharmacologique du CIP/SII.

Méthodes : Une DCPA a été créée chez deux macaques en induisant des lésions hémorragiques unilatérales dans le noyau ventral postérolatéral du thalamus, par injection de collagénase. Pour évaluer la perception de la douleur, la latence de retrait des mains à des stimuli thermiques de 37, 45, 50, 52 et 55 °C a été mesurée. Quelques semaines après l’induction de la lésion, une inactivation pharmacologique des CIP/SII par micro-injection de muscimol a été réalisée. L’effet de l’inactivation sur la latence de retrait a été évalué par comparaison avec la latence de retrait après injection de placebo.

Résultats : Quelques semaines après l’induction des lésions thalamiques, on observe une réduction des latences de retrait à la stimulation thermique (< 50 °C) de la main controlatérale de l’emplacement de la lésion chez les deux macaques, indiquant l’apparition d’une hyperalgésie thermique. Lorsque les CIP/SII sont inactivés par lemuscimol, les latences de retrait à des stimuli thermiques de 50 et 52 °C sont significativement augmentées par rapport à celles après injection de placebo.

Conclusion : Nos données soulignent qu’une activité accrue dans les CIP/SII après lésion thalamique peut contribuer à une douleur anormale en réponse à de multiples modalités et que la modulation de cette activité peut être une approche thérapeutique pour l’hyperalgésie thermique.

Signification : La DCPA est causée par des lésions cérébrales du système somatosensoriel et se caractérise par une allodynie mécanique ou une hyperalgésie thermique. Il a été démontré que l’inactivation pharmacologique de l’activité des CIP/SII a un effet analgésique sur l’allodynie mécanique ; cependant, l’efficacité de cette inactivation pour réduire l’hyperalgésie thermique n’était pas claire. Dans ce travail, en utilisant deux macaques, nous avons démontré que l’inactivation de ces régions corticales réduit l’hypersensibilité aux stimuli thermiques. Ce résultat souligne qu’une activité accrue des CIP/SII peut contribuer à une douleur anormale en réponse à de multiples modalités.

Abstract

Background: We previously established a macaque model of central post-stroke pain (CPSP) and confirmed the involvement of increased activity of the posterior insular cortex (PIC) and secondary somatosensory cortex (SII) to somatosensory stimuli in mechanical allodynia by a combination of imaging techniques with local pharmacological inactivation. However, it is unclear whether the same intervention would be effective for thermal hyperalgesia. Therefore, using the macaque model, we examined behavioral responses to thermal stimuli following pharmacological inactivation of the PIC/SII.

Methods: Two CPSP model macaques were established based on collagenase-induced unilateral hemorrhagic lesions in the ventral posterolateral nucleus of the thalamus. To evaluate pain perception, withdrawal latencies to thermal stimuli of 37, 45, 50, 52, and 55 °C to hands were measured. Several weeks after the lesion induction, pharmacological inactivation of the PIC/SII by microinjection of muscimol was performed. The effect of inactivation on withdrawal latency was assessed by comparison with withdrawal latency after vehicle injection.

Results: Several weeks after induction of the thalamic lesions, both macaques demonstrated a reduction in withdrawal latencies to thermal stimulation (< 50 °C) on the contralesional hand, indicating the occurrence of thermal hyperalgesia. When the PIC/SII was inactivated by muscimol, the withdrawal latencies to thermal stimuli of 50 °C and 52 °C were significantly increased compared to those after vehicle injection.

Conclusion: Our data emphasize that increased activity in the PIC/SII after appearance of thalamic lesions can contribute to abnormal pain of multiple modalities, and the modulation of PIC/SII activity may be a therapeutic approach for thermal hyperalgesia.

Significance: CPSP is caused by stroke lesions in the sensory system and characterized by mechanical allodynia or thermal hyperalgesia. Inactivation of the PIC/SII has an analgesic effect on mechanical allodynia; however, it is not clear whether the same intervention could reduce thermal hyperalgesia. Here, using the macaque model, we demonstrated that inactivation of these cortices reduces hypersensitivity to thermal stimuli. This result emphasizes that increased PIC/SII activity can contribute to abnormal pain of multiple modalities.