Neuro-psychophysiologie cardiorespiratoire dans la

douleur et les émotions

Pierre Rainville, Ph.D.Professeur titulaire

Département de Stomatologie,Faculté de médecine dentaire

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Mentors et collaborateurs

• Université de MontréalGary H. DuncanQuoc Viet Huynh BaoJen-I ChenLeo TenbokumAnne VirasithPablo ChrétienMathieu RoyMathieu Piché

• University of IowaAntoine BecharaNasir NaqviChris SmyserAntonio Damasio

• McGill UniversityM. Catherine BushnellRobert K. HofbauerBenoît CarrierTomáš Paus (MNI)Sylvain Milot (MNI)

• University of FloridaDonald D. Price

• Supported byCIHRNSERC of CanadaFRSQ and FCAR du QuébecHFSP

Neuro-psychophysiologie cardiorespiratoires dans la douleur et les émotions

• Impact cérébral et somatique de la modulation affective de la douleur• Effet des émotions sur la douleur

• Activation cadio-respiratoire pendant les émotions primaires

• Impact des facteurs émotionnels sur la douleur chronique

Voies de la douleur

Price, D.D.Science, 2000

Activité cérébrale évoquée pendant la douleur

Thalamus

S1S2

Insula

Cortex cingulé antérieur

Rainville et al., Médecine Science 16 (2000)Tronc cérébral

Dimension de l’expérience ciblée

1. Aspect sensoriel (e.g. diminuer l’intensité de la douleur)

2. Aspect affectif primaire (e.g. diminuer le sentiment de menace inhérent à la douleur et le désagrément associé)

3. Aspects affectif-cognitif secondaires (e.g. modifier l’impact émotif de la douleur, en modifier la signification)

Modulation hypnotique de la douleur

Rainville et al., Science, vol. 277 (1997)

Modulation du désagrément et de l’activité du CCA

Augmentation Diminution Augmentation - Diminution

L’activité du CCA est corrélée au désagrément de la douleur

Régions dont l’activité est corrélée à celle du CCA pendant l’analgésie hypnotique

Tronc cérébral

Cortex cingulérostral

Insulaantérieure

Faymonville et al.,Cognitive Brain Research, 17 (2003)

Contrôles descendants

Modified from Price, D.D., Science, vol. 288 (2000)

Le corps hypnotisé

Conséquences somatiques de l’analgésie hypnotique

Modulation hypnotique de la réponse cardiaque

55

60

65

70

75

LOW HIGH LOW HIGH

Suggestions for pain affect modulation

Mea

n (S

EM) h

eart

rate

(bpm

) PainBaseline

Rainville et al., Pain (1999)

Mesure de l’activité spinale associée à la douleur chez l’humain RÉFLEXE DE FLEXION (RIII)

Modulation hypnotique de l’activité spinale

Kiernan et al., Pain 60 (1995)

DIM

INU

TIO

N D

E LA

DO

ULE

UR

(ÉVA

)

DIMINUTION DU RÉFLEXE R-III

Interactions entre la douleur et les émotions associées à la douleur

Dimension de l’expérience ciblée

1. Aspect sensoriel (e.g. diminuer l’intensité de la douleur)

2. Aspect affectif primaire (e.g. diminuer le sentiment de menace inhérent à la douleur et le désagrément associé)

3. Aspects affectif-cognitif secondaires (e.g. modifier l’impact émotif de la douleur, en modifier la signification)

Modulation hypnotique de la douleur

Modulation de la douleur expérimentale par les émotions

Les émotions induisent des changements dans le désagrément de la douleur

R2 = 0.57

-100.0

-50.0

0.0

50.0

100.0

-20.0 -10.0 0.0 10.0 20.0

Change in Emotion(Emotion-baseline)

Cha

nge

in P

ain

Unpl

easa

ntne

ss

(Em

otio

n-ba

selin

e)

RelaxationSadnessAngerFear & AnxietyReliefSatisfaction

Rainville et al, Pain (2005)

Pain Intensity:R2 = 0.21

La modulation de la douleur s’accompagne d’une modulation de la réponse cardiaque

R2 = 0,34

-150

-100

-50

0

50

100

-40 -20 0 20 40 60 80 100

Modulation of Pain Unpleasantness (Emot.-Cont.)

Mod

ulat

ion

of P

ain-

evok

ed R

R C

hang

es

(Em

otio

n-C

ontr

ol; m

s)

RelaxSadnessAnger

Larger increase in heart rate compared to control

Modulation de la douleur par les émotions

• Les émotions négatives associées à la douleur augmentent la douleur

• Effet plus important sur le désagrément de la douleur

• L’augmentation du désagrément de la douleur est associée à une augmentation des réponses cardiaques

(et du réflexe moteur nociceptifs spinal de retrait)

1. Stim. nociceptive

2. Réflexe RIIIdu bicep fémoral

3. Activation cérébrale

Série1

5. Régulation descendante

4. Modulation cognitive/

émotionnelle

Adapted from Price, D.D., Science, vol. 288 (2000)

Modulation cérébrospinale de la douleur

2’. Réponses du SNA

Pierre Rainville, 2006

Modulation de la douleur par les émotions

Roy et al., PNAS 2009

Modulation de la douleur par les émotions

Roy et al., PNAS 2009

Roy et al., PNAS 2009

Activation somatique émotionnelle

HypothèsesLes émotions primaires telle que la joie, la colère, la tristesse

et la peur sont associées à des patrons d’activation somato- viscérale distincts

(William James, 1894)

L’activité périphérique se résume à une seule dimension non- spécifique (i.e. “arousal”) qui donne seulement une dimension d’intensité à l’émotion

(perspective cognitive classique; e.g. Schacter & Singer, 1962)

Méthode• Rappel autobiographique d’un événement associé

à une émotion intense de joie, colère, tristesse, ou peur (contrôle : situation neutre)

• Les sujets signalent le début de l’émotion ressentie (critère expérientiel) et tente de la maintenir pendant 90 sec.

• Mesures: activité cardio-respiratoire (multiples indices de fréquence, amplitude et variabilité)

Enregistrements psychophysiologiques

Variables dépendantes

Rainville et al., Int J Psychophysiol (2006)

Analyse en composantes principales (PCA) des paramètres cardio-respiratoires

factor 1 factor 2 factor 3 factor 4 factor 5permn -0.07227898 0.94377659 0.10641454 0.20942274 0.00902952persd 0.09769848 0.52218611 0.0102701 0.78968187 -0.08659084permd -0.10553488 0.95214783 0.10499708 0.08557552 0.00938668ampsd 0.2544699 0.08670321 -0.14882151 0.75759312 0.46340027tchmmn 0.09463158 0.19118384 0.95375873 0.02083476 -0.04553984tchsdmn 0.58555521 0.72899615 0.04392487 0.09741268 0.11724413tchpp 0.55704293 0.77217023 0.03286276 0.14594124 0.09115097rrmn 0.12205004 0.01022102 0.96311931 -0.10139605 -0.04048383rr_rr 0.94009244 0.11662846 0.15477684 0.06501197 0.02978428sd_sd 0.940767 -0.06693877 0.05201951 0.04387082 -0.03949264rrrmssd 0.98165364 0.01401175 0.08597373 0.0517785 -0.00955467rrhf 0.79103145 0.13790951 0.00888175 0.19606848 0.25670358resphf 0.06442104 0.04560807 -0.05605953 0.10510917 0.96828603

RRvar non couplée à respirationRainville et al., Int J Psychophysiol (2006)

RRvar couplée à respiration

Organisation cardio-respiratoire structurée

• La structure factorielle des mesures cardio-respiratoires reflète des mécanismes dissociables de régulation de l’activité autonomique associée aux émotions :

– Facteur 1: parasympathique (RRvar non couplée à respiration)– Facteur 2: parasympathique (RRvar couplée à respiration)– Facteur 3: sympathique (changements globaux dans RR)– Facteur 4: variance résiduelle dans la respiration– Facteur 5: variance résiduelle dans la respiration

Rainville et al., Int J Psychophysiol (2006)

Discrimination des émotions dans l’espace cardio-respiratoire multi-factoriel

-0.80 -0.40 0.00 0.40 0.80

Factor 1-0.80

-0.400.00

0.400.80

Factor 3

-1.20

-0.80

-0.40

0.00

0.40

Fact

or 2

AngerFearHappinessSadness

Emotion

Rainville et al., Int J Psychophysiol (2006)

Discrimination des émotions dans l’espace cardio-respiratoire multi-factoriel

-1.20

-0.80

-0.40

0.00

0.40

Fact

or 2

-0.80 -0.40 0.00 0.40 0.80Factor 1 -0.80-0.40

0.000.40

0.80

Factor 4

AngerFearHappinessSadness

Emotion

Rainville et al., Int J Psychophysiol (2006)

Discrimination des émotions dans l’espace cardio-respiratoire multi-factoriel

-0.80

-0.40

0.00

0.40

0.80

Fact

or 3

-0.80 -0.40 0.00 0.40 0.80Factor 1 -0.80-0.40 0.00 0.40 0.80

Factor 4

AngerFearHappinessSadness

Emotion

Rainville et al., Int J Psychophysiol (2006)

Les émotions produisent différents patrons d’activité cardio-respiratoire.

-1.2

-0.8

-0.4

0

0.4

0.8

1.2

Factor 1 Factor 2 Factor 3 Factor 4 Factor 5

Fact

or v

alue Anger

FearHappinessSadness

Facteur 1 : composante parasympathique indépendante de la respiration

Facteur 2 : composante parasympathique couplée à la respiration

Facteur 3 : composante sympathique

Facteur 4 : amplitude respiratoire

Facteur 5 : variabilité respiratoire

Rainville et al., Int J Psychophysiol (2006)

Valeur prédictive des réponses cardio-respiratoires

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Anger Fear Happiness SadnessTarget Emotion

Abs

olut

e fre

quen

cy

AngerFearHappinessSadness

Predicted Emotion

Analyse discriminanteRainville et al., Int J Psychophysiol (2006)

Arbre de décision

Augmentation du RC;Pas de changement

dans la variabilité cardiaque (HF HRV)

Augmentation du RC; Diminution dans la

variabilité cardiaque (HF HRV)

Diminution de la variabilité cardiaque (HF HRV);

Couplée à la respiration

Diminution de la variabilité cardiaque (HF HRV);

Non-couplée à la respiration

TristesseColère Joie Peur

Pas de changement de la variabilité respiratoire

Augmentation de la variabilité respiratoire

Rainville et al., Int J Psychophysiol (2006)

Conclusion intérimaire

• L’activité cardio-respiratoire permet de distinguer les émotions de peur, colère, joie et tristesse

• Ces observations sont compatibles avec la thèse de William James quant à la contribution de l’activité somato-viscérale à la qualité expérientielle des émotions

Rainville et al., Int J Psychophysiol (2006)

Chevauchement des réseaux de la douleur et des émotions

Structures impliquées dans les émotions

(Damasio et al., 2000)

Réseau de la douleur(Price, D.D. 2000)

À suivre...

• Quels sont les mécanismes cérébraux spécifiques impliqués dans la génération de patrons d’activation somatique pendant les émotions?

Impact des émotions sur la douleur chronique

Prédicteurs psychologiques de la transition de la douleur aigüe à persistante

Sévérité subjective de la douleur

Anxiété / peur, évitementStress perçu / Événement stressant de la vieDépression, lassitude, malaise, solitude

Coping inadapté, cognition passive,Conviction d’être malade, Perception de mauvaise santé,Sévérité subjective de l’incapacité

Turk, D.C. in Proceedings of the 8th World Congress on Pain, IASP Press (1997)

Développement de douleur pathologique

Douleuraiguë

Douleur PathologiquePersistante

Plasticitédu SNC

ÉmotionCognition

?

La douleur et les émotions ont un substrat neurophysiologique partiellement commun.

Les émotions modulent principalement le désagrément de la douleur et affectent les réponses autonomiques nociceptives associées.

Plusieurs structures corticales et sous-corticales activées pendant la douleur et les émotions sont impliquées dans la régulation des réponses somatiques motrices et autonomiques (insula, CCA, amygdale, hypothalamus, noyaux du tronc cérébral)

Les émotions primaires produisent des changements physiologiques centraux et périphériques distinctifs.

Hypothèse : les émotions négatives agissent comme un promoteur de la plasticité « maladaptative » du SNC et contribuent au développement de symptômes somatiques et au maintien de la douleur chronique.

Résumé - Conclusions

Merci de votre attention!