The posterior insular-opercular region and the search of a primary cortex for pain

SummaryTo be considered specific for nociception, a cortical region should: (a) have plausible connections with ascending nociceptive pathways; (b) be activated by noxious stimuli; (c) trigger nociceptive sensations if directly stimulated; and (d) tone down nociception when injured. In addition, lesions in this area should have a potential to develop neuropathic pain, as is the case of all lesions in nociceptive pathways. The single cortical region approaching these requirements in humans encompasses the suprasylvian posterior insula and its adjoining medial operculum (referred to as “PIMO” in this review). This region does not contain, however, solely nociceptive networks, but represents in primates the main sensory receiving area of the spinothalamic system, and as such contributes to the processing of thermo-sensory, nociceptive, C-fibre tactile, and visceral input. Nociception (and, a fortiori, pain) should therefore not be considered as a separate sensory modality, like vision or audition, but rather as one component of a global system subtending the most primitive forms of somatosensation. Although a clear functional segregation of PIMO sub-areas has not yet been achieved, some preferential distribution has been described in humans: pain-related networks appear preferentially distributed within the posterior insula, and non-noxious thermal processing in the adjacent medial operculum. Thus, spinothalamic sub-modalities may be partially segregated in the PIMO, in analogy with the separate representation of dorsal column input from joint, muscle spindle and tactile afferents in S1. Specificity, however, may not wholly depend on ascending ‘labelled lines’ but also on cortical network properties driven by intrinsic and extrinsic circuitry. Given its particular anatomo-functional properties, thalamic connections, and tight relations with limbic and multisensory cortices, the PIMO region deserves to be considered as a third somatosensory region (S3) devoted to the processing of spinothalamic inputs.

RésuméPour être considérée spécifique de la nociception, une région corticale doit : (a) recevoir des connexions ascendantes plausibles avec les voies nociceptives ; (b) être activée par des stimuli nociceptifs ; (c) évoquer des sensations nociceptives lorsqu’elle est directement stimulée ; et (d) réduire la nociception si elle est lésée. Par ailleurs, les lésions d’une telle aire doivent avoir la potentialité de générer des douleurs neuropathiques, comme c’est le cas de toute lésion au sein des voies nociceptives. La seule aire corticale qui approche ces conditions est située chez l’Homme dans la région suprasylvienne, et comprend l’insula postérieure et l’opercule médial adjacent (qui dans cette revue sera appelée PIMO, pour posterior insula medial operculum). Ce territoire représente, chez le primate, l’aire sensorielle majeure de réception du système spinothalamique, et contribue par conséquent au traitement cortical des afférences non seulement nociceptives, mais aussi thermo-sensorielles et, dans une certaine mesure, tactiles et viscérales. La nociception (et a fortiori la douleur) ne doit donc pas être considérée comme une modalité sensorielle séparée, mais plutôt comme une des composantes d’un système global assurant les formes les plus primitives de sensation somatique. La partie operculaire du cortex PIMO, accolée à l’insula, peut être différenciée sur le plan cytoarchitectonique et fonctionnel de l’opercule latéral contenant les régions sensorielles S2 et PV. Bien qu’une ségrégation fonctionnelle du PIMO en sous-aires ne soit encore possible, une certaine distribution différentielle a été décrite chez l’Homme, les réseaux nociceptifs étant distribués préférentiellement au sein de l’insula postérieure et ceux voués au traitement de la chaleur non nociceptive dans l’opercule suprasylvien adjacent. Il est donc probable que des sous-modalités spinothalamiques puissent être représentées de façon disjointe au sein de cette région, de manière analogue aux représentations disjointes des sous-modalités lemniscales au sein de S1. Cependant, la spécificité peut non seulement dépendre de « voies ascendantes dédiées », mais également de propriétés intrinsèques des réseaux corticaux, liées à leurs connexions intrinsèques et extrinsèques. De par ses propriétés anatomofunctionnelles, ses connexions thalamiques et ses relations avec les cortex limbiques et multisensoriels, la région PIMO mérite à nos yeux d’être considérée comme une région somesthésique à part entière (S3) vouée au traitement des afférences spinothalamiques.