Recherche sur les changements structurels et fonctionnels du cerveau

Dans le cas des douleurs lombaires chroniques, des modifications structurelles et fonctionnelles du cerveau ont été rapportées, qui sont liées à la durée de la douleur. Les signatures neurologiques identifiées à l’aide de l’imagerie moderne devraient à l’avenir jouer un rôle de soutien dans la prévention des lombalgies chroniques.

Pourquoi certaines personnes souffrent-elles souvent de maux de dos alors qu’il ne semble pas y avoir de blessure ou de maladie apparente ? Ce mal de dos non spécifique, généralement une douleur dans la région lombaire et souvent aussi dans les fesses (en anglais “non-specific low back pain”), représente la forme la plus courante de mal de dos : Dans 85% des cas, il n’est pas possible de poser un diagnostic précis et basé sur l’anatomie pathologique [1]. Il est important de noter que la présence de douleurs dorsales non spécifiques ne signifie pas qu’il s’agit de douleurs d’origine psychosomatique, mais simplement que des maladies physiques sérieuses peuvent être exclues comme cause. Il est compréhensible que de nombreux patients et cliniciens ne soient pas satisfaits du diagnostic de “lombalgie non spécifique”, alors qu’il est communément admis que la lombalgie peut être traitée spécifiquement en fonction de son origine présumée (par exemple, à partir d’un disque, d’une facette ou d’une articulation sacro-iliaque). Bien que le traitement soit souvent utile, il n’existe à ce jour aucune preuve claire qu’une “classification” basée sur l’origine augmente significativement le succès du traitement [2]. De plus, les symptômes d’un mal de dos aigu s’améliorent généralement spontanément, avec ou sans traitement. Cependant, chez 10 à 15% des patients, le problème se chronicise. On parle de lombalgie chronique lorsque la douleur dure plus de trois mois. La plupart des directives de traitement recommandent, pour les lombalgies chroniques, l’éducation du patient à la douleur, l’activité physique et la physiothérapie, les interventions pharmacologiques avec des anti-inflammatoires non stéroïdiens et des opioïdes (pour une courte période) et la manipulation spinale (par exemple, la chiropratique) [3]. Le taux de réussite des interventions invasives (par ex. spondylodèse) pour les douleurs dorsales chroniques n’est généralement pas meilleur que celui des traitements conservateurs [4].

Les coûts de la santé liés aux maux de dos sont également intéressants : Selon une étude de l’Office fédéral de la santé publique (2011), les maladies de l’appareil locomoteur occupent la première place en termes de coûts indirects sur avec plus de 12 milliards de francs par an, dont environ 7,5 milliards pour les maux de dos chroniques. Une récente conférence internationale sur la santé a défini le mal de dos comme la plus grande souffrance au monde, mesurée par le nombre d'”années de vie avec un handicap” [5]. Ces faits indiquent qu’il est urgent de mener des recherches pour mieux comprendre la lombalgie chronique, en particulier la transition de l’état aigu à l’état chronique et ses causes, afin de pouvoir proposer à terme des programmes de prévention et des thérapies plus efficaces.

Sans cerveau, pas de douleur

En raison des causes souvent non spécifiques, outre des facteurs périphériques inconnus, il est possible que le cerveau soit impliqué dans la pathogenèse du mal de dos. La perception humaine de la douleur est un phénomène complexe qui résulte d’un traitement du système nerveux central. Sans le cerveau et ses mécanismes complexes de traitement et de modulation de la douleur, la sensation subjective de douleur ne serait pas possible, car le cerveau n’est pas un simple récepteur passif d’informations nociceptives. Pourtant, le postulat du scientifique et philosophe français René Descartes, vieux de près de 400 ans et aujourd’hui dépassé, selon lequel une piqûre dans le doigt déclenche une réaction de douleur toujours identique dans le cerveau, est toujours tenace. De plus, si la cause de la douleur est inconnue, on fait encore souvent appel à la dichotomie de Descart entre le corps et l’âme, ce qui oriente les soupçons vers une douleur imaginaire ou simulée. Nous savons aujourd’hui que la douleur peut être ressentie sans la présence d’une source nociceptive – mais l’inverse peut également se produire. En outre, il est de plus en plus évident que la douleur (dorsale) chronique est liée non seulement à d’éventuels facteurs périphériques, mais aussi à des changements dans le cerveau. Mais comment ? Ces modifications sont-elles pertinentes par rapport à la douleur ou ne sont-elles que des effets secondaires ?

Modifications cérébrales dans la douleur chronique

Ci-dessous, les modifications du cerveau sont divisées en modifications structurelles et fonctionnelles, sachant que cette division ne peut pas être considérée comme strictement dichotomique et que, par exemple, des modifications fonctionnelles peuvent aller de pair avec des modifications structurelles.

Modifications structurelles : Ces dernières années, un grand nombre d’études ont montré que des modifications structurelles du cerveau sous forme de changements de volume de la substance grise et de la substance blanche se produisent chez les patients souffrant de douleurs chroniques. Dans la suite de cet article, nous nous concentrerons sur les modifications de la matière grise, car il existe beaucoup plus de preuves scientifiques à ce sujet. Par rapport à des contrôles sains, les patients souffrant de douleurs chroniques présentent des modifications de la matière grise dans plusieurs régions du cerveau. Des modifications sont souvent rapportées dans le cortex préfrontal dorsolatéral, le thalamus, le tronc cérébral, l’îlot de Langerhans, le cortex somatosensoriel primaire (S1) et le cortex pariétal (Fig. 1). Le consensus des chercheurs s’arrête toutefois à cette observation. Beaucoup de choses restent floues et spéculatives.

Dans ce contexte, une étude de l’université de Hambourg [6] a examiné deux questions importantes : 1. Ces changements observés sont-ils réversibles et 2. ces changements sont-ils la conséquence ou la cause de la douleur chronique ? Pour répondre à ces questions, les auteurs ont utilisé la morphométrie basée sur les voxels des données d’imagerie par résonance magnétique du cerveau (scanners cérébraux structurels), une méthode fréquemment utilisée pour étudier l’épaisseur/la densité de la matière grise. Pour ce faire, nous avons examiné des patients (n=32) souffrant d’arthrose de la hanche, une plainte dont l’origine périphérique est clairement établie et qui s’améliore généralement après la pose d’une prothèse articulaire (88% des patients ne ressentent aucune douleur après la pose d’une prothèse articulaire) [7]. Les résultats ont confirmé les constatations sur la neuroplasticité d’autres tableaux de douleur chronique : Par rapport à un groupe témoin, les patients ont présenté des changements significatifs dans la matière grise dans une variété de régions du cerveau. Un autre groupe de patients (n=10) a été examiné à nouveau 16 à 18 semaines après l’opération de la hanche et ces scanners cérébraux ont été comparés aux scanners cérébraux préopératoires. Dans ce cas, les chercheurs ont découvert une augmentation de la matière grise dans des régions du cerveau qui présentaient une atrophie de la matière grise en préopératoire et qui ont à nouveau augmenté en postopératoire. Cela suggère que certaines des modifications cérébrales observées sont réversibles, mais cela ne concernait pas toutes les régions du cerveau étudiées. De plus, il aurait été nécessaire de comparer le groupe de patients postopératoires avec les contrôles sains afin de montrer qu’il n’y a plus de changement entre ces groupes en termes de densité de la matière grise. Cependant, les auteurs concluent raisonnablement que les changements dans la matière grise sont une conséquence de la douleur chronique et non la cause. Il convient toutefois d’être prudent car, comme les auteurs le soulignent à juste titre, l’élimination du “générateur nociceptif périphérique” ne modifie pas seulement la perception de la douleur chez les patients, mais également leur mode de vie, avec des activités sociales et sportives. On ne peut donc pas affirmer de manière définitive que l’inversion des modifications de la substance grise est une conséquence de la réduction de la douleur. Néanmoins, sur la base de ces études et d’autres similaires, de plus en plus d’éléments indiquent que ces changements sont réversibles avec un traitement efficace. De telles modifications de la substance grise sont également rapportées dans des tableaux de douleur sans source nociceptive évidente, par exemple dans la douleur fantôme, la fibromyalgie, la migraine ou le syndrome douloureux régional complexe. Par exemple, dans un groupe de patients souffrant de différents types de douleurs chroniques, il a été montré qu’une thérapie cognitivo-comportementale de onze semaines entraînait une augmentation de la matière grise dans différentes régions du cerveau (cortex préfrontal, cingulum, cortex pariétal et somatosensoriel). Ces changements étaient étroitement liés au succès du traitement, notamment à la réduction de la douleur et à son importance (catastrophisme) [8]. De plus, chez les patients souffrant de lombalgie chronique, l’entraînement à la discrimination sensorielle, qui consiste à effectuer des exercices tactiles et sensori-moteurs ciblés, semble avoir des effets positifs sur la neuroplasticité et la perception de la douleur [9].

changements fonctionnels : Il y a quatre ans, une équipe de chercheurs de l’Université de Chicago a publié des résultats fascinants [10]. Grâce à l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), les chercheurs ont comparé l’activité cérébrale de patients souffrant de douleurs dorsales depuis environ deux mois (aiguës/subaiguës, n=94) à celle de patients souffrant de douleurs dorsales depuis plus de dix ans (chroniques, n=59). En cas de douleur aiguë, on observe toujours un schéma d’activité cérébral particulier (également connu sous le nom de matrice de la douleur ou de signature neurologique de la douleur). Les patients souffrant de douleurs dorsales aiguës présentaient le schéma d’activité connu associé aux douleurs aiguës. En comparaison, les patients souffrant de douleurs chroniques présentaient un schéma d’activité différent : Les régions du cerveau liées à la douleur aiguë ont montré moins d’activité neuronale, alors qu’une activité nettement plus importante a été observée dans les régions associées à l’émotion (cortex préfrontal, amygdale). Les auteurs ont également pu démontrer le même effet dans une étude longitudinale : L’activité cérébrale liée à la douleur a évolué vers une activité associée à l’émotion chez les patients qui sont devenus chroniques, mais pas chez ceux qui se sont rétablis après la phase aiguë. L’étude a donc pu démontrer concrètement pour la première fois que le mal de dos présente des schémas d’activité cérébrale différents au stade aigu et au stade chronique. De plus, une signature neurologique changeante pourrait servir de biomarqueur pour identifier les personnes qui ont tendance à devenir chroniques (mais il faut souligner que c’est encore de la musique d’avenir pour le moment).

Ces résultats sont étayés par le fait que l’on sait que les facteurs psychosociaux jouent un rôle important dans la chronicisation des douleurs dorsales et que les facteurs somatiques passent de plus en plus au second plan. Le modèle peur-évitement, qui décrit comment des croyances et des représentations cognitives défavorables peuvent influencer négativement le développement de la maladie en cas de douleurs liées au mouvement, est particulièrement important. Nous sommes désormais en mesure d’étudier et de cartographier ces processus dans le cerveau.

Dans la dernière étude IRMf de notre groupe de recherche, nous avons examiné 20 patients souffrant de lombalgie chronique et présentant des comportements d’évitement de la peur d’intensité variable (mesurés à l’aide de questionnaires bien validés) et nous nous sommes concentrés sur la connectivité de deux régions cérébrales fortement impliquées dans la modulation supraspinale de la douleur (Fig. 2) : Le gris périaquatique (PAG) et l’amygdale. Pendant les enregistrements IRMf, des vidéos standardisées (d’une durée de 4 secondes) de mouvements potentiellement dangereux pour le dos dans la vie quotidienne (par exemple, passer l’aspirateur, ramasser un pot de fleurs lourd) ont été présentées aux participants. Des mouvements neutres, tels qu’une marche confortable dans les escaliers, constituaient la condition de contrôle. L’analyse a montré que les patients présentaient une connectivité amygdale-PAG significativement plus faible par rapport aux sujets témoins sains. Toutefois, cela ne se produit que pendant le visionnage des vidéos potentiellement dangereuses, et non en condition neutre. De même, l’intensité de cette connectivité était négativement corrélée à la sévérité du comportement d’évitement de la peur des patients : Plus le score au questionnaire était élevé, plus la connectivité entre l’amygdale et le PAG était faible. Il s’agit probablement des premières indications sur la manière dont les comportements d’anxiété et d’évitement, en tant que composante psychologique, influencent les systèmes biologiques de modulation de la douleur et contribuent ainsi éventuellement à la chronicité des douleurs dorsales.

Questions en suspens et regard vers l’avenir

De nombreuses questions restent en suspens : Y a-t-il des changements spécifiques dans le cerveau en fonction du tableau de douleur chronique ou ces changements reflètent-ils un effet général dans tout type de douleur chronique ? Existe-t-il des changements qui peuvent être caractérisés comme des facteurs de vulnérabilité à la douleur chronique ?

Les preuves actuelles indiquent clairement que le cerveau subit des modifications structurelles et fonctionnelles en cas de lombalgie chronique, mais nous ne savons pas encore exactement ce que ces modifications signifient. L’un des auteurs de cet article (PS) a dirigé une étude qui indique que plusieurs mécanismes peuvent entraîner des modifications de la matière grise et que les processus neurodégénératifs sont peu susceptibles d’en être la cause [11]. De plus, la plupart des résultats des études proviennent d’analyses de corrélation qui ne permettent pas de tirer des conclusions causales. Néanmoins, ces signatures neurologiques pourraient être utiles à l’avenir pour identifier des sous-groupes de patients souffrant de lombalgie chronique ou encore pour déterminer des facteurs de risque. Mais l’imagerie moderne pourrait également permettre de quantifier l’effet potentiel de la manipulation spinale sur le cerveau dans le cas de douleurs dorsales chroniques. Outre d’autres méthodes prometteuses comme la spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge [12], la méthodologie de l’imagerie fonctionnelle, en particulier l’IRMf, s’affine de plus en plus. De récentes études d’IRMf montrent des changements dans la structure du réseau cérébral des patients souffrant de douleurs chroniques, qui se modifient spécifiquement en fonction de la durée de la douleur [13]. Il est désormais possible d’identifier les patients souffrant de lombalgie chronique uniquement à l’aide de schémas d’activité cérébrale et d’algorithmes spécifiques, avec une précision de prédiction de plus de 90% [14]. Si ces études sont confirmées dans plusieurs laboratoires de recherche à travers le monde, de nouvelles conclusions et questions pourraient être générées au niveau individuel.

Messages Take-Home

Jusqu’à 85% des patients souffrant de lombalgie ne peuvent pas être diagnostiqués avec précision. Outre des facteurs périphériques inconnus, le cerveau joue un rôle important.
En cas de douleurs dorsales chroniques, des modifications structurelles et fonctionnelles du cerveau ont été signalées, qui sont liées à la durée de la douleur.
Ces changements dans le cerveau sont réversibles avec un traitement approprié et sont en corrélation avec la réduction de la douleur.
Les signatures neurologiques identifiées à l’aide de l’imagerie moderne, qui sont sensibles au développement et à l’évolution des douleurs dorsales, devraient jouer à l’avenir un rôle de soutien dans la prévention des douleurs dorsales chroniques.

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