Labora~oire de Neurophysiologie appliqu~e, Gen~ve.

Le r61e du thalamus dans l'organisation de la douleur par

Marcel Monnier, Gengve.

Avec 3 Figures.

La douleur ne r~sulte pas s implement des excitations nfies dans les fibres r6ceptives nociceptives et de leur propagat ion vers le centre cortical de la sensibilitfi douloureuse. Elle r6sul[e d 'une organisat ion physiologique complexe. I1 existe en effet une organisation de l'exp~- rience douloureuse, comme il existe une organisat ion des r6actions motrices h la douleur. Le thalamus joue, dans cette organisation, un r61e primordial , que nous avons eu l 'occasion d'6tudier au cours de certaines intervent ions neuroehirurgicales chez l 'homme.

On sait que, dans certains cas de douleurs de la face ou des mem- bres, rebelles h tout t ra i tement neurochirurgical (n6vralgies de la Ve paire apr~s zona, causalgies des extr~mit~s), le soulagement n'est r6alisfi que par l ' in terrupt ion des voles de la sensibilit~ douloureuse au niveau de leur relais tha lamique (noyau ventro-post6rieur) . Pour at teindre ee relais et le d~truire, il faut une technique neuro-physio- logique permet tant de rep~rer la structure, d 'y introduire une ~lec- trode, d 'en dhriver les variations de potentiel 61eetrique, de la stimu- let et de la eoaguler. Ces coagulations th~rapeutiques ont fit~ l 'un des objeetifs de notre Labora to i re de Neurophysiologie appliqufie au eours de ees 4 derni~res anuses. Elles nous out apport5 des satisfac- tions th~rapeutiques et enrichi nos connaissanees sur le r51e du tha- lamus darts l 'organisat ion de la douleur. Elles ont ~t~ le f rui t d 'un travail en 5quipe, po,ur lequel il eonvient de rendre h ommage h nos eol laborateurs suceessifs: les Drs. David, Talairach et Hdcaen h Paris 1, le Dr. Fischer ~t Gen~ve 3, 4, 5, le Dr. Weber, Chef de Cli- nique du Pr. Krayenbiihl h Ziirich.

Technique. Nous ne nous a t tarderons pas ici sur les questions d 'o rd re tech-

nique; elles ont fair l 'objet d 'une publieat ion d~taill~e r~cente ~. Rap- pelons s implement que pour atleindre le relais thalamique des voles

M. Monnier: Le r61e du thalamus dans l'org~nisution de lu douleur. 85

de ta sensibilit5 do~ulo,ureusc et le co,aguler, nous avons conslruit un apparei l stSr~otaxique inspire, darts ses grands principes, de celui de Horsley-Clarke. Cet apparei l se compose d 'un syst~me de content ion du cr~ne, solidement fix~ ~ une table d 'op~ration mobile et trans- portable d 'un service ~ l 'autre, de la salle de radiologie ~ la salle d'op~raSon, par exemple. Sur le syst~me de contention, qui d~ter- mine le plan de base du cr~ne passant entre le condui t audit if ex- terne et l 'orbite, vient s '~chafauder l 'ins:trument st~rSotaxique destin~

rep~rer le relais tha lamique au moyen d 'une ~lectrode enfonc~e de haut en bas. Ce rep~rage est contr61~ ~ l 'aide d 'un modSle anato- mique que l 'on radiographie et que l 'on compare au ventriculo- gramme d~u malade, effectu~ dans des conditions ~denfiques. Un dernier contrSle - - le plus efficace sans doule - - est effectu~ au cours de l 'op~ration elle-m~me p a r st imulation 61ectrique des structures sous-corticales avant la coagulat ion ~, 6, 7

R~sultats.

1. ConsidSrons d ' abord les r~sultats de la stimulation dlectrique du thalamus; elles Stair indispensable pour contr61er la localisation des s tructures que l 'on se proposai t de coaguler.

La st imulation ~lecIrique de la r~gion ven/ro-postSrieure du tha- lamus r~v~le tout d ' abord l 'existence d 'une somatotopie sensitivo- motr ice bien d~finie (Fig. 1):

a) Sur un plan transversal antgrieur, le membre inf6rieur est re- prSsent5 dans la r~gion dorso-lat~rale, le membre sup6rieur darts une r~gion plus ventrale, cor respondant au noyau ventro-post~ro- lateral (vpl) et la face darts le noyau ventro-postSro-m~dian (vpm). La st imulation de ces structures produit des mouvements de carac- t~re extra-pyramidal: longue latence, d~roulemeut lent, tonique, mouvements antagonistes de flexion-ex[ension, adduct ion-abduet ion, pronat ion-supinat ion, mouvements automatiques de m~chonnement , de lappement .

b) Sur un plan transveral plus post~rieur, passant par la com- missure post6rieure, l'61eetrode p~n~tre dans le relais des voles aff6- rentes de la sensibilit5 g6n6rale et douloureuse (Traetus spino-thala- mique, Lemniscus Nervi V, Lemniseus medialis), /~ l 'endroit off elles aboutissent dans les noyaux ventro-post~rieurs. La ,stimulation pro- voque alors des rdaetions de d~fense g~ndralisdes ~ la douleur.

En g6n~ral, pour ce qui concerne les sensations, la st imulation des structures nucl6aires n'6veille que des sensations vagues, protopa- thiques, quoique locatis~es ~t un segment d~fini du corps, mais sans douleur franche. Au contraire, la st imulation des structures fascicu- laires, des voies aff~rentes, telles que le Lemniseus medialis, Lem-

6,'/,

86 M. 5Ionnier:

niscus Nervi Ve t Tractus spino-thalamicus provoquent une douleur rive, massive, avec gEmissements, cris, reaction de d~fense gEnE- ralisEe.

2. L'exploration de l'activit~ biodlectrique revile que la stimula- tion ou rirritation des structures ventro-postEro-mEdianes modifie l'activit6 61ectrique des structures dienc@haliques: rythmes th6ta 6 cycles/sec, et delta 3 cycles/sec. Ces modifications se retrouvent,

Fig. 1. Repr6sentation somatotopique des diverses parties du corps dans la r6giort ventro-post6ri- eure du thalamus. R6sultats de la stimulation du thalamus chez l 'homme.

plus discr~tes, ou niveau de l'6corce c6r6brale, plus prononc6es du m6me c5t6 et dans les r6gions post6rieures m6dianes (Fig. 2). Si la stimulation est particuli~rement forte (irritation), on recueille m6me des complexes pointe-onde o u des on,des par:oxystiques bilat6rales synchrones, spEcifiques de l'6pilepsie diencEphalique, mats toujours prEdominantes du cbtE de l'irritation.

3. La coagulation des noyaux ventro-postErieures provoque un sgndrome sensitif d~ficitaire contralatdral, en rapport avec le seg- ment somatotopique EliminE: deficit de la sensibilitE superficielle 6picritique et surtout analgEsie, thermanesthEsie et abolition de la sensibilitE profonde avec ataxie, adynamie, atonie. Disparition des nEvralgies (Fig. 3).

Le rgle du thalamus d~ns l'organisation de la douleur. ~7

Au cours des jours, des semaines et des mois qui sui- vent la eoagul.afion, une r6- e'up6r~tion parfielle .des sen- sibili,t~s se p r o d u i l , pr6do- minante dans les parties du eo.rps eo.rrespon.dant aux champs du th.al,amus les mains .d6truits. La sensi.bi- lit6 6pieritiq.ue reparait plus rapidement et plus eompl~- temenl que la sensibilit6 pro- fonde. A ee moment, on eonstate qu'une stimu,lat.ion profond,e, intense d'un,e par- tie du eorps (pinee~nent, com- press,ion) provoque, mfime s~ eette pa,r,tie es,t anesth~s~que, une r~action douloureuse h dis~an,ee (tans l,es autres par- ties du corps moins anesth& siques: hyperpathie h dis- tance. Les nfvralgies ne re- para!s:s:ent plus jamais a,vee la m~me aeuit6; par aitteurs, ]e siujet m.anifeste s.ouvent

leur ~gard, une eertaine indiff6renee, co,rome apr~s uue leueotomie.

Conclus ions .

L a sfimu,lation d, lec,trique du dienc6plmle au cours des opera, ions h m o n t r ~ qu'i , l ex'iste ehez l'homme, une re- presentation mortice e,t sen- sitive des d,ivers segments du corps dans le thalamus ven - t r o - p o s t ~ r i e u r ~ som.a to to - pie. Pour ee qui con,ee'rne les sensations, la stimulation des noya:ux latfira], ventro- postfirieur l:a,t~ra.l et ver~tro-

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Le rS[e du thalamus d~ns l'org~nis~fion de lu douleur. 89

post~rieur m~dian (structures nuclSaires) provoque des sensations protopathiques vagues dans un segment d~termin5 du corps, sans douleur franche. I1 s'agit de sensations de gSne, de striction, avec mouvements d'impatience des doigts, de la main ou du pied, et ratio- nalisation secondaire: ((Je suis trop serr~ dans~te garrot!~) ((Quand vient le masseur!)) La stimulation 41ectrique des faisceaux aff~rents (structures fasciculaires) provoque par contre des douleurs aigues, semblables h celles des n~vralgies, avec r~actions g~n~ralis~es de d~- lense. Ce type de r6ponse s'obtient surtout quand on sfimule le Tractus spino-thalamique, qui parait ~tre localis6 plus en arri~re que le Lemnfiscus m~dian.

La d~rivation des aetivit~s ~lectriques du thalamus et du cortex montre qu'une irritation l~g~re du thalamus engendre, dans la r~gion des noyaux ventro-posl6rieurs, des rythmes lents (thSta 6 eycles/sec., delta 3 cycles/see.) que l'on d6c~le aussi au niveau du cortex, mats plus discr~tement. Cette rSpercussion corticale est plus manifeste dans les r6gions postSrieures et m~dianes de la convexitY, du mSme c6t~ que le stimulus. Si l'irritation a ~t~ tr~s intense et si elle se pro- longe, on d~rive des ondes lentes bilat~rales synchrones, paroxy- stiques, et des complexes pointe-onde semblables h ceux de l'~pilepsie diene~phalique essentielle et souvent pr~dominants du c6t~ de l'irri- ration. Ces manifestations 61ectriques peuvent s'aecompagner de manifestations cliniques: douleur, rage, ~pilepsie jacksonienne lo.ca- lisle, puts ~pilepsie g~n6ralis~e. Nous avons affaire ici h u n pro- cessus d'irradiation commun h la douleur paroxystique et '~ l'exci- iation ~pileptog~ne qui se traduira par des r~actions hyper~motives, suivies d'abolition subite de la conscience.

La coagulation provoque une hypoesth~sie contralat~rale quand les noyaux ventro-post~rieurs ont ~t4 coagul~s et une anesth~sie .contralat~rale, quand le Tractus spino-thalamique et le Lemniscus m~dian ont 5t5 interrompus. Le d~ficit de la sensibilit6 pr~domine dans les segments du corps correspondant aux segments du centre de la representation sensitive d~truits h l'int~rieur du thalamus. Les n~vralgies disparaissent dans le segment du corps eorrespondant aux segments du centre coagulS. La sensibilil~ superficielle est moths atteinte que la sensibilit~ profonde (alg6sies, thermesth6sies, sens des po.sitions); elle r~cup~re plus rite. Si la coagulation a insensibilis~ un segment du corps, on constaie que des douleurs spontan~es ou provoqu~es par pincement, ou piqfire, clans une pattie quelconque du corps du mSme c6t~, apparaissent encore parrots m~me avee une intensit~ accrue dans les segments voisins du segment insensibilis~ (hyperpathie h distance). Cetie hyperpathie se d~veloppe done dans les territoires adjacents, qui ont une sensibilit~ encore partiellement

90 M. Monnier :

conserv4e; la sensi.bilit4 de ces terri toires para i t accrue et c o m m e libfir~e d 'une inhibi t ion (enthemmt) . Souvent, ces dysesthfisies s ' a ceompagnen t de sgmptdmes hgpersympathicotoniques du mdme cdt~ pendan t des mois apr~s la coagulat ion (diminution d ' ampl i tude des oscillations art6rielles, d iminut ion de la t empera tu re eutan~e, augmenta t ion de la rfisistanee cutan4e).

L ' ana lyse des ph~nom~nes d ' hype rpa th i e apvbs la coagulat ion nous incite ~ admet t re que le t ha l amus eontient, en plus des relais pr i - ma i res de la sensibilit4, un appare i l qui favorise la diffusion, l ' i r ra- diat ion (Ausbreitung) des excitations douloureuses. Si ces excitations ne s'fieoulent plus dans le terri toire 61imin4 par coagulat ion, elles se d6versent pa r eontre avec une intensit~ accrue dans les terri toires adjaeents, qui deviennent hypersensibles, hyperpa th iques , peut-fitre mfime hypersympath ieo ton iques .

L ' appa re i l responsable de eette i r radia t ion et de eelte distr ibution compensa t r ice des exci tat ions douloureuses est p robab lemen t assimi- lable au sgst~me intralaminaire du thalamus et aux structures int~- gratives en r a ppo r t avec lui. (Centre mfidian de Lugs.)

I1 est int~r,essant de eonsta ter que l ' appare i l qui entretient et g~n6- ralise la douleur est p robab lemen t le m6me que ce lu i qui eont r ibue au main t ien de la conscience et ~ l ' exaeerba t ion de la conscience au eours des quelques seeondes q u i precedent la crise d'~pilepsie, avee perte de conscience. C'est p,(mrquoi, darts les c as extr~n~es, on ne peut abolir la douleur sans abol i r la conscience et sans reeour i r ~ la n~areo,se. L,a narcose elle-mfime esl, par ailteurs, l 'unique sfidation effi- eace dans les fitats de m a l @ilept ique (status ~pileptique).

Signalons enfin que les syst~mes d ' in t~grat ion du tha l amus sont p r o b a b l e m e n t les syst~mes qui eonf~rent ~t la douleur sa tonalitY, sa valeur ~m.o,tive. C'est le eas d,u syst~me dorso-m~dian, qui assure les eorr61ations entre le tha lamus et le lobe f ronta l d 'une part , entre le t ha l amus et l ' hypo tha lamus , organisa teur de la vie v~g6talive, d ' au t r e part . L ' indif f~rence que mani fes ten t les ma l ade h l '~gard de leurs n6vralgies apr~s la coagula t ion du tha l amus ressemble h celle des patients chez qui l'o.n a pratiqu~ une leueotomie pr~fro,ntale. C'est pourquoi il est ~ cra indre que l 'on ne puisse abolir d6finit ivement les douleurs ehroniques extremes sans alt~rer et d6eolorer dans une eer- taine mesure, la p e r s o n n a l i t 6 .

R~sum6.

1. Au cours d'intervenfions neuro-ehirurgicales, ayant pour but de coaguler le relais thalamique des voies de la sensibilit6 douloureuse, le thalamus a 6t6 sfimul6 syst6mafiquement chez l'homme. L'observation des effets de ees stimu- lations a permis de pr6eiser la somatotopie, e'est-h-dire la repr6sentation des segments du corps et de leurs fonefions sensitivo-motrices dans le thalamus.

Le rSle du thalamus d~ns l 'organisation de la d0uleur. 91

2. La d6rivat ion des activit6s 61ectriques du cerveau au moyen d'~lectrodes fix6es sur le cuir chevelu ou d'61ectrodes implant6es dans le cerveau avec l 'ap- parei l st6r6otaxique de l 'auteur, a montr6 que les sympt6mes appara issent simul- tan6ment dans l '~corce c6r~brale et le thalamus. Les ph6nom~nes irr i tat ifs (d6- charges de complexes pointe-onde) sont plus prononcds au voisinage de l'61ec- trode st imulatr ice et au niveau de l '@orce c6r6brale correspondante du m~me c6t6.

3. La coagulation du tha lamus ventro-post6rieur, relais des v6ies de la sen- sibilit6 douloureuse supprime les n6vralgies et produi t une h6mianesth6sie con- tralat6rale, avec atonie et ataxie. Pa r la suite, une hyperpathie peut se d6velop- per dans les segments adjacents du segment anesth6si6 par la coagulation.

4. Cette hyperpath ie tha iamique incite ~t penser qu'i l existe dans le thalamus, en plus de l 'apparei l de conduct ion sp6cifique des excitations scnsitives et dou- loureuses, un apparei l charg6 de main teni r et de g6n6raliser les excitations dou- loureuses. Get apparei l est assimilable ~t celui qui a pour fonct ion de main ten i r la conscience.

Zusammenfas sung .

1. Im Verlauf neurochi rurg ischer Eingriffe, mi t dem Ziel der Koagulat ion der tha lamischen Schaltstelle in den Leitwegen der Schmerzsensibilit~it, wurde der menschl iche Tha lamus systematisch erregt. Die Beobachtung der Wirkungen gesialtete, die Somatotopie, d .h . die Darstel lung der KSrpersegmente und ihrer sensi t iv-motor ischen Funk t ionen im Thalamus, zu best immen.

2. Die Ahleitung der Hirnelektrizit/it mittels auf der Kopfhaut hefestigter oder mittels dem Gehirn mit Hilfe des stereotaxischen Apparates des Verfassers implant ier ter Elekt roden zeigte, daf~ die Symptome gleichzeitig in Gehi rnr inde und Tha lamus auftreten. Die Reizerscheinungen (Entladung von Spitzwellenkomplexen) sind in der N~ihe der erregenden Elektrode und auf der Ebene der kor respondierenden Gehirnr inde derselhen Seite deutl icher aus- gepr~gt.

3. Die Koagulat ion des ventro-poster ioren Thalamus, der Schaltstelie der Leitwege der Schmerzsensibilit~it, unterdr i ickt die Neuralgien und ruff eine kon- t ralaterale Hemianiisthesie, mi t Atonie und Ataxie, hervor. In der Folge kann sich in den benachbar t en Segmenten d e r durch die Koagulat ion an/is thesierten Segmente eine Hyperpathie entwickeln.

4. Diese tha lamische Hyperpathie veranlai3t uns anzunehmen, dab im Tha- lamus, aul3er dem spczifischen Lei tappara t der Empfindungs- und Schmerzerre- gungen, ein Apparat besteht, dessert Aufgabe in der Aufrechterhal tung und General isat ion der Schmerzerregungen liegt. Dieser Apparat k a n n mi t dem- jenigen verglichen wcrden, dem die Aufrechterhal tung des Bewuf~tseins obliegt.

�9 Summary.

1. In the course of neuro-surgical interventions, which a im at coagulating the t h a l a m i c relay of the pathways of pain sensibility, the tha lamus has been systematical ly s t imulated in man. The observat ion of the effects has permit ted to determine the somatotopia, i.e., *:he representa t ion of the segments of the body and their sensit ivo-motoric functions in the thalamus.

2. The derivation of the electric bra in acti~cities by means of electrodes fixed on the scalp or of electrodes implanted in the bra in wi, th the au thor ' s stereotaxic apparatus , has shown tha t the symptoms appear simul- taneously in cerebral cortex and thalamus. The irr i ta t ive phenomena (discharge

9.0 M. Monnier: Le rSle du thalamus d~ns l'organisati0n de l~ douleur.

o f pointwave complexes) are more strongly marked near the stimulating elec- trode and at the level of the corresponding cerebral cortex of the same side.

3. The coagulation of the ventro-posterior thalamus, the relay of the path- ways of pain sensibility, suppresses the neuralgiae and produces a contralateral hemianaesthesia, with atonia and ataxia. In consequence, a hyperpathy may develop in the adjacent segments of the segment anaesthetized by the coagu- lation.

4. This thalamie hyperpathy prompts us to presume that in the thalamus, in addition to the specific conducting apparatus of the sensitive and pain excita- tions, exists an apparatus which is in charge of maintaining and generalizing the pain excitations. This apparatus may be compared with the one which function is conscience maintaining.

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