Mapeamento metabólico cortical por espectroscopia funcional em sujeitos saudáveis submetidos a estimulação elétrica do nervo acessório

Abstract

A estimulação elétrica periférica (PES), que abrange diversas técnicas com respostas fisiológicas diversas, tem apresentado em alguns casos resultados clínicos promissores para o tratamento da dor e reabilitação clínica. No entanto, as respostas encontradas são heterogêneas, principalmente porque há uma falta de compreensão em relação ao seu mecanismo de ação. Neste estudo, buscamos avaliar os efeitos da PES através da medição da ativação cortical cerebral utilizando a espectroscopia funcional por infravermelho (fNIRS). A fNIRS é um método de imagem óptica funcional que avalia mudanças hemodinâmicas nas concentrações de hemoglobina oxigenada (HbO) e desoxigenada (HbR), relacionadas à atividade cortical. Nós hipotetizamos que a PES do nervo acessório espinal (ASN) pode promover a ativação do córtex motor (MC) e do córtex pré-frontal dorsolateral (DLPFC), relacionados ao processamento da dor. Quinze voluntários saudáveis receberam estimulação elétrica ativa e sham em um ensaio clínico randomizado cruzado. A resposta hemodinâmica à estimulação elétrica unilateral direita do nervo acessório com 10 Hz foi medida pela espectroscopia funcional por um sistema de 40 canais. A variação de HbO nas áreas corticais de interesse mostrou ativação do DLPFC direito (p=0,025) e do MOTOR esquerdo (p=0,042) no grupo ativo comparado com sham. Em relação ao DLPFC esquerdo (p=0,610) e ao MOTOR direito (p=0,154), não houve diferença estatística entre os grupos. Como na modulação top-down, a estimulação bottom-up do nervo acessório parece ativar as mesmas áreas corticais, relacionadas às dimensões sensório-discriminativas e afetivo-motivacionais da dor. Esses resultados fornecem evidência adicional para desenvolver e otimizar o uso clínico da estimulação elétrica periférica.

Peripheral electrical stimulation (PES), which encompasses several techniques with heterogeneous physiological responses, has shown in some cases remarkable outcomes for pain treatment and clinical rehabilitation. However, results are still mixed, mainly because there is a lack of understanding regarding its neural mechanisms of action. In this study, we aimed to assess its effects by measuring cortical activation as indexed by functional near infrared spectroscopy (fNIRS). fNIRS is a functional optical imaging method to evaluate hemodynamic changes in oxygenated (HbO) and de-oxygenated (HbR) blood hemoglobin concentrations in cortical capillary networks that can be related to cortical activity. We hypothesized that PES of accessory spinal nerve (ASN) can promote cortical activation of motor cortex (MC) and dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) pain processing cortical areas. Fifteen healthy volunteers received both active and sham ASN electrical stimulation in a crossover design. The hemodynamic response to unilateral right ASN burst electrical stimulation with 10 Hz was measured by a 40- channel fNIRS system. The effect of ASN electrical stimulation over HbO concentration in cortical areas of interest was observed through the activation of right- DLPFC (p=0.025) and left-MOTOR (p=0.042) in the active group but not in sham group. Regarding left-DLPFC (p=0.610) and right-MOTOR (p=0.174) there was no statistical difference between groups. As in non-invasive brain stimulation (NIBS) topdown modulation, bottom-up electrical stimulation to the accessory spinal nerve seems to activate the same critical cortical areas on pain pathways related to sensorydiscriminative and affective-motivational pain dimensions. These results provide additional mechanistic evidence to develop and optimize the effects of peripheral neural electrical stimulation.