Central representation of the RIII flexion reflex associated with overt motor reaction: An fMRI study

SummaryRecent neuroimaging studies precised the functions of the brain regions included in the so-called “pain-matrix”. They isolated brain structures mediating attentional, emotional, anticipatory, cognitive, and discriminative aspects of pain perception. Surprisingly, little attention was devoted to isolate the cerebral network associated with the motor response to pain. In this study, we used fMRI to measure BOLD signal changes in nine volunteers while they received low- (L-) and high- (H-) intensity painful electrical shocks on the (left) lower limb. High-intensity stimulation was associated with a significantly stronger pain sensation and with a pronounced motor (withdrawal) reflex. BOLD responses common to L- and H-stimulation intensities were found in the right prefrontal and right posterior parietal cortices. These did not correlate with subjective pain ratings and probably mediate attentional processes unrelated to pain intensity and withdrawal. In contrast, signal changes in insula, left SII cortices and right amygdala did correlate with pain ratings and are therefore likely to encode for pain intensity. High-intensity shocks selectively recruited a motor network, including vermis, MI, SI, and paracentral cortices bilaterally, right premotor, right SII and posterior cingulate cortices. These responses, assessed for the first time in a functional imaging study, emphazised on the presence of a motor component in what has been described as the pain-matrix. They should be considered as a motor component of pain-related processes activated in case of intense pain.

RésuméLes réponses cérébrales à la douleur étudiées en imagerie fonctionnelle comportent des composantes attentionnelles, anticipatoires, discriminatives ou émotionnelles dont les représentations corticales ont été largement étudiées. En revanche, les réponses corticales associées à la riposte motrice face à une stimulation douloureuse n’ont suscité que peu d’études chez l’homme. Nous avons utilisé l’IRM fonctionnelle (IRMf) pour étudier ces réponses, chez neuf volontaires, soumis à des stimulations électriques phasiques, alternativement de forte et de très forte intensité sur le membre inférieur gauche. Les stimulations très fortes étaient perçues comme plus douloureuses et induisaient un réflexe de retrait plus important que les intensités fortes. Les réponses communes aux fortes et aux très fortes intensités de stimulation, concernaient le cortex pré-frontal et postérieur pariétal droit. Ces activités non corrélées avec la perception douloureuse subjective, gèrent vraisemblablement les processus attentionnels, indépendants de l’intensité de la douleur et de la réponse de retrait. En revanche, les modifications de signal BOLD dans les insulae, le cortex SII à gauche et l’amygdale droite sont corrélées de manière linéaire à la cotation douloureuse et encodent donc vraisemblablement l’intensité de la perception douloureuse. Les très fortes intensités de stimulation recrutent un réseau moteur, comportant le cortex moteur primaire, SI et le cortex paracentral bilatéralement, le vermis, le cortex pré-moteur droit, SII droit et le cortex cingulaire postérieur. Ces réponses soulignent la participation des activités motrices dans ce qu’il est convenu d’appeler la matrice douleur. Ces activités peuvent être considérées comme la composante motrice de la douleur, associée à un retrait, en particulier lors de douleur très intense.