Investigating pain perception in somatosensory cortex for healthy and fibromyalgia patient populations by using fNIRS

Abstract

Bu çalışmada, işlevsel yakın kızıl altı spekstroskopisi (fNIRS) aracılığı ile ağrılı uyaran ve deri üstü elektriksel sinir uyarımı (TENS) uygulayarak fibromiyalji (FM) hastaları ve sağlıklı kontroller arasındaki hemodinamik tepki farkı inceledik. Deney öncesi ve deney boyunca bir çok klinik veri elde ettik (ağrı eşiği, Beck Depresyon Envanteri (BDI) skoru, Fibromiyalji Etki Anketi (FIQ) skoru, ağrı notlandırması). Veri toplanmasından sonra, genel doğrusal model (GLM) uygulayarak analizini yaptık ve hasta ve kontrol gruplarının ayırımınde hangi kortikal yapıların önemli olduğuna karar vermek için sınıflandırma metodları uyguladık. Çalışmamız TENS etkisinin sağlıklı kontrollerde her iki elde de gözlemlendiğini ancak fibromiyalji hastalarında sadece sol elde gözlemlendiğini göstermiştir. Ancak, FM hastalarının sağ eli uyarıldığında, ters bir etki gözlemlendiğini göstermiştir. Bu bulgular, TENS tedavisinin çıktıları ellere göre farklılık gösterdiğinden, fibromiyalji sendromundaki ağrı algı mekanizmasının daha ileri araştırmalara ihtiyacı olduğunu göstermektedir. SVM ile ağrı uyaran deneyinden gelen özniteliklerle sınıflandırma yapıldığında, %90 gibi bir doğruluk hastaların sağıklı kontrollerden ayrılmasında gözlemlenmektedir.

In this study, we investigated the difference in hemodynamic responses between fibromyalgia (FM) and healthy controls via functional near infrared spectroscopy (fNIRS) during application of painful stimulus and transcutaneous electrical nerve stimulation (TENS). We collected several clinical data (pain threshold, Beck Depression Inventory (BDI) score, Fibromyalgia Impact Questionnaire (FIQ) score, pain ratings) before and during the experiment. After data collection, we analyzed it using general linear model (GLM) and we applied classification methods to determine which cortical structures are important in discriminating healthy and patient groups. Our study showed that TENS effect was observed in both hands of healthy controls, but only left hand of FM patients. However, there is an opposite effect observed when the right hand of FM patients is stimulated. These findings indicate that the pain perception mechanism in FM syndrome needs further investigation since the outcome of the TENS treatment differs with respect to hands. When classification is done using SVM using features from the painful stimulation experiment, an accuracy of %90 is observed in distinguishing patients from healthy controls.