My thesis introduces the topic of nociceptive signalisation and processes involved in the formation and spreading of neuropathic pain. This study focuses on the mechanisms of nociceptive synaptic transmission mechanisms in the level of spinal dorsal horn and its modulation by paclitaxel, a chemotherapeutic drug inducing neuropathic changes. The attention is put especially on the possibility of glial activity participation in paclitaxel side effects. This idea stems from the existing hypothesis of the functional connection between TLR4 and TRPV1 receptor activity. TRPV1 is well known for its participation in chemical, thermal and nociceptive sensory transmission. Minocycline antibiotic is considered as an inhibitor of microglial activation therefore it was used for blocking neuroinflammation. The experimental part is comparing an impact of substances applied to the model of tachyphylaxis used for monitoring of nociceptive transmission changes according to decreasing activity of TRPV1 receptors. Electrophysiological recording of miniature excitatory postsynaptic currents from neurons in the Rexed laminae I. and II. of spinal dorsal horn was used. The results of my measurements show that minocycline is able to suppress acute effects of paclitaxel application in vitro if the spinal slice is incubated...

The present study aimed to investigate intranasal trigeminal sensitivity in a large sample of patients with anosmia due to different etiologies. We investigated the trigeminal detection threshold for formic acid in healthy controls (n = 96) and patients with anosmia due to head trauma (n = 18) or sinonasal disease (n = 54). Anosmics exhibited higher thresholds compared with normosmics (p < 0.001). In addition, thresholds were found to be higher in patients with posttraumatic anosmia compared to anosmics with sinonasal disease (p < 0.001). The data indicate that (1) loss of olfactory sensitivity in humans may be associated with a decreased sensitivity towards trigeminal stimuli and (2) alteration of intranasal trigeminal function is stronger in patients with posttraumatic anosmia compared to patients with sinonasal disease. This may have implications for the medicolegal investigation of anosmic patients where trigeminal stimuli are frequently used to assess the patient’s response bias. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Pain is a common symptom of many clinical syndromes and diseases. In particular, the treatment of neuropathic pain represents a serious public health issue because currently available analgesia is ineffective in many cases or it has adverse effects. Treatment of pain-related suffering requires knowledge of how pain signals are initially generated and subsequently transmitted by the nervous system. A nociceptive system plays a key role in this process of encoding and transmission of pain signals. Modulation of the nociceptive synaptic transmission in the spinal cord dorsal horn represents an important mechanism in the development and maintenance of different pathological pain states. This doctoral thesis has aimed to investigate and clarify some of the mechanisms involved in the modulation of the spinal nociceptive processing in different pain states. The main attention was paid to study the following issues: (I.) Which is the role of Transient Receptor Potential Vanilloid type 1 channels (TRPV1), Toll-Like Receptors 4 (TLR4), and phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) in the development of neuropathic pain induced by paclitaxel (PAC) chemotherapy in acute in vitro, and subchronic in vivo murine model of PAC-induced peripheral neuropathy (PIPN)? (II.) How is affected spinal inhibitory synaptic control...

Objectif: Cette thèse vise à étudier si l’inhibition de la douleur par l’activation de la mémoire de travail (MT) peut être rehaussée par la Stimulation Transcranienne à Courant Direct (tDCS) chez des volontaires jeunes et des personnes âgées en bonne santé. La MT permet de sélectionner l’information pertinente à une tâche et de diriger l’attention vers l’exécution de cette tâche, permettant ainsi de limiter la capture de l'attention par des distracteurs, incluant la douleur. Cependant, cette inhibition de la capture attentionnelle par la douleur puisqu’il s’agit d’un processus descendant (top-down), peut être diminuée chez les personnes âgées en raison de la réduction des capacités de la MT. La tDCS est une méthode prometteuse à cet égard puisque la stimulation anodale du cortex préfrontal dorsolatéral (DLPFC) gauche permet d’améliorer les capacités de la MT. Méthodes: Cette thèse comporte deux expériences menées sur quarante jeunes adultes (première étude) et quinze personnes âgées (deuxième étude). Les expériences comportent deux séances de tDCS (tDCS anodale et simulée), pendant lesquelles de la douleur et le réflexe nociceptif de flexion étaient évoqués par une stimulation électrique à la cheville, alors que les participants exécutaient une tâche n-back (0-back et 2-back). Le protocole expérimental comportait cinq conditions dont l'ordre a été contrebalancé (0-back, 2- back, douleur, 0-back avec douleur et 2-back avec douleur), et qui ont été réalisées deux fois chacune (avant tDCS et pendant tDCS). Résultats: Les résultats indiquent que la neuromodulation du DLPFC gauche permet d’améliorer l’inhibition de la douleur par la MT, autant chez les jeunes adultes que chez les personnes âgées. Cependant, le réflexe nociceptif de flexion n’a pas été modulé par l’activation de la MT, suggérant que les effets bénéfiques de la tDCS reposent sur des mécanismes supraspinaux indépendants des voies inhibitrices descendantes. Ces études ont permis l'avancement des connaissances sur les interactions entre la cognition, la douleur et l'âge et montrent comment la neuromodulation peut changer ces interactions pour améliorer l'inhibition de la douleur. Ces résultats permettront le développement de protocoles de neuromodulation pour la gestion de la douleur chez les personnes âgées. / Objective: This thesis aimed to examine whether pain inhibition by working memory (WM) engagement can be enhanced by Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) in young and older healthy volunteers. Directing attention away from painful stimuli is under the control of WM that allows the selection of task-relevant information and directing attention towards task execution. However, top-down inhibition of nociceptive activity and pain may be altered in normal aging due to decreased WM. tDCS is a promising method in this regard since anodal tDCS of the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) was shown to improve WM performance. Methods: Two experiments were conducted on forty healthy (first study) and fifteen older volunteers (second study). They participated in two tDCS sessions (sham and anodal tDCS), in which the pain was evoked by electrical stimulation at the ankle. Participants performed an n-back task (0-back and 2-back) while they received random electrical stimulation to produce pain and the nociceptive flexion reflex, an index of spinal nociception. The experimental protocol comprised five counterbalanced conditions (0-back, 2-back, pain, 0-back with pain and 2-back with pain) that were performed twice (pre-tDCS baseline and during tDCS). Results: In both studies, neuromodulation of left DLPFC enhanced pain inhibition by WM. However, the nociceptive flexion reflex was not modulated by WM enhancement suggesting that improvement of pain inhibition by WM using tDCS is supraspinal and independent of descending inhibitory pathways. These studies improve our understanding of the interactions between cognition, pain and age and show how neuromodulation may change these interactions to improve pain inhibition. Findings support the development of neuromodulation protocols for pain management in older persons.

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L’acétylcholine (ACh) endogène de la corne dorsale de la moelle épinière (CDME) exerce une analgésie puissante utilisée en clinique, dont la source et les mécanismes demeurent inconnus. Elle siège probablement au niveau d’un plexus de fibres cholinergiques de la CDME d’origine non-élucidée. Dans ce contexte, nous avons pu établir que ce plexus est principalement issu d’interneurones cholinergiques spinaux caractérisés dans ces travaux, qui seraient donc le substrat probable de l’analgésie décrite. Décrits comme concourant aux effets aigus et analgésiques de la morphine, nous avons, par ailleurs, pu observer que les récepteurs de l’ACh participaient également aux effets chroniques et pro-algésique de la morphine, notamment au niveau de la CDME. Ceci place donc l’ACh comme un effecteur ou intermédiaire de la morphine.Nos travaux suggèrent ainsi que le système cholinergique spinal pourrait constituer une cible thérapeutique alternative pour de nouveaux traitements de la douleur / In the spinal cord dorsal horn (SCDH), endogenous acetylcholine (ACh) acts as a powerful analgesia, of clinical use. Though its source and mechanisms remain unravelled, this analgesia probably lies in a plexus of cholinergic fibers (PCF) located in the SCDH and of undetermined origin. In this context, we established that the PCF mainly originates from a spinal population of cholinergic interneurons, fully characterized in this work. These are, thus, the likely substrate of the spinal cholinergic analgesia.Besides, ACh receptors (AChR) partly mediate the analgesic acute effects of morphine. In this work, we also observed that a chronically-administered AChR agonist reproduces as well the pro-algesic effects of morphine in the same conditions. Thus, ACh appears as a possible intermediary or a final effecter of the morphine pain pathways.Our data suggest that the cholinergic system could become a new putative therapeutic target in pain management and treatment.

La nociception est un système d’alarme spécialisé dans la détection d’évènements potentiellement nocifs pour l’organisme. Les informations nociceptives sont traitées en priorité par le cerveau et captent l’attention involontairement (un mécanisme ascendant). Cependant, l’information sensorielle à laquelle nous portons attention volontairement est sélectionnée pour être priorisée (un mécanisme descendant). Ainsi, le traitement de l’information nociceptive est déterminé par une balance attentionnelle résultant de la compétition entre les signaux ascendants et descendants. Or, des situations où plusieurs stimuli nociceptifs ont lieu simultanément se produisent couramment. Mais quels mécanismes permettent au système nerveux central de s’adapter à de telles situations? Cela demeure méconnu à ce jour. L’objectif principal de cette thèse était de mieux comprendre les mécanismes d’intégration cérébrale de l’information nociceptive. Cette thèse inclut quatre études examinant l’intégration cérébrale de l’information nociceptive bilatérale dans différentes conditions expérimentales. Dans ces études, nous avons investigué comment l’intégration de l’information nociceptive est affectée par 1) la latéralisation hémisphérique présumée distincte entre les droitiers et les gauchers, 2) la modalité utilisée pour induire la douleur (stimuli laser sélectifs aux nocicepteurs et stimuli électriques non spécifiques), 3) l’attention spatiale et 4) la proximité des régions corporelles stimulées. Dans chaque étude, au moins vingt participants furent recrutés et reçurent soit des stimuli électriques (étude 1 et 3) ou lasers (étude 2 à 4) douloureux. L’activité du cerveau fut enregistrée avec l’électroencéphalographie. Les stimulations unilatérales et bilatérales furent appliquées sur les chevilles (étude 1) et sur les mains (études 2 à 4). Les variables d’intérêts étaient la perception de la douleur, les potentiels évoqués, et les oscillations cérébrales évoquées entre 2 et 100 Hz. Nos résultats indiquent que l’effet le plus reproductible lors d’une stimulation laser ou électrique bilatérale comparée à une stimulation unilatérale, est une augmentation de l’amplitude des réponses cérébrales (potentiels évoqués et oscillations cérébrales dans certaines bandes de fréquences). De plus, la comparaison entre les gauchers et les droitiers indique que ces effets sont comparables malgré la latéralisation hémisphérique présumée. Par ailleurs, l’augmentation des réponses cérébrales est modulée par la proximité des régions corporelles stimulées. Quant à la perception de la douleur, elle augmente pour les stimuli bilatéraux lorsque ces derniers sont appliqués sur les chevilles ou les mains. Pour les mains, cet effet dépend toutefois de la distance entre les mains et de l’attention spatiale, étant observé seulement lorsque les mains sont rapprochées l’une de l’autre ou lorsque l’attention spatiale est dirigée vers les deux mains plutôt qu’une seule. Ces résultats montrent que l’intégration cérébrale de l’information nociceptive bilatérale est modulable, et nous proposons que l’augmentation des réponses cérébrales lors d’une stimulation bilatérale reflète une augmentation de la saillance et de la capture attentionnelle. Cette intégration et sa modulation par différents facteurs permettraient au système nerveux central de produire des réponses adaptées selon les sources de nociception et la balance attentionnelle. / Nociception is an alarm system specialized in the detection of events that are potentially harmful to the body. Nociceptive processing is prioritized in the brain and is particularly adept at capturing attention automatically and involuntarily (i.e., a bottom-up mechanism). However, the sensory information to which we voluntarily pay attention (a top-down mechanism) is also prioritized. Thus, the processing of nociceptive information is subject to a bottom-up and top-down attentional balance. However, situations where several nociceptive stimuli take place simultaneously are common. The mechanisms that allow the nervous system to manage this attentional balance in such situations remain poorly understood. The main objective of this thesis was to better understand the integration of nociceptive information. This thesis presents four studies examining the cortical integration of bilateral nociceptive stimuli. These studies investigated the role of 1) the hemispherical lateralization of pain that is presumed to be different between left- and right-handed individuals, 2) the modality (a bottom-up mechanism) used to induce pain, 3) spatial attention (a top-down mechanism), and 4) between-limb proximity in the integration of bilateral painful stimuli. In each study, at least twenty participants were recruited and received either painful but tolerable electrical (Studies 1 and 3) or laser (Studies 2 to 4) stimulation. Brain activity was recorded via electroencephalography. Unilateral and bilateral stimulations were delivered to the ankles (Study 1) and to the hands (Studies 2 to 4). The variables of interest were pain perception, evoked potentials (ERP), and event-related spectral perturbations (ERSP) from 2 to 100 Hz. In the first study, the impact of the hemispherical lateralization of pain processing (located mainly in the right hemisphere) on the integration of pain stimuli was examined by comparing left-handed and right-handed participants. In the second study, lasers selectively activating nociceptors were used to study the integration of bilateral nociceptive stimuli specifically. The third study sought to explain the observed discrepancies between laser and electrical modalities in Studies 1 and 2 by comparing these modalities in the same participants and in two separate experiments. The fourth study explored the role of spatial attention and limb proximity in the integration of bilateral nociceptive stimuli. The results show that bilateral painful stimuli led to increases in ERP and some ERSP frequencies compared to unilateral stimuli. These results were similar between left-handed and right-handed people. More variability was noted for laser compared to electrical stimuli with the most reproducible response being an increase in ERP and ERSP. Finally, this increase was modulated by limb proximity. Pain perception was increased for bilateral stimuli to the ankles. It was also increased for bilateral stimuli to the hands, but only when the limbs were in close proximity or when spatial attention was global. These results suggest that bilateral painful stimuli are integrated, which possibly reflects an increase in salience and attentional capture. This would allow the central nervous system to produce adapted responses in the face of increased danger.

Les scorpions du genre Androctonus, comme Androctonus australis en Algérie et en Tunisieou Androctonus mauretanicus au Maroc, sont responsables d’environ 100.000 piqûres par ansur l’ensemble du Maghreb, suivies de 1 % de décès. Ils posent un réel problème de santépublique. Les toxines «alpha» modulant les canaux sodium voltage-activés (Nav) sontresponsables de 80 à 90% de l’activité létale des venins d’Androctonus australis etmauretanicus. Cependant, certaines petites molécules sont aussi capables de bloquer lefonctionnement d’autres types de canaux ioniques, en particulier des canaux potassiumvoltage-activés (Kv).Au cours de cette thèse, nous avons isolé et caractérisé les composants du venind’Androctonus amoreuxi, scorpion largement distribué en Afrique du Nord et au Moyen-Orient, mais qui n’avait jusqu’ici fait l’objet d’aucune etude rigoureuse. Nous avons identifiéles constituants impliqués dans la toxicité du venin et précisé leurs propriétéspharmacologiques et immunologiques, ainsi que l’effet qu’elles induisent enélectrophysiologie sur des canaux Nav et Kv clonés exprimés dans l’ovocyte de Xenope.Nous avons recherché de nouveaux membres d’une famille de toxines récemment isolées, lesBirtoxines-like, et interprété leur polymorphisme biologique par la modélisation de leursstructures 3D. Enfin, nous avons mené à bien un programme portant sur les effetsantinociceptifs des toxines de scorpion chez la souris. Cela nous a permis de proposer uneexplication qui fait intervenir le système opiacé et la « contre-irritation ». L’effet des toxinesreconnues « analgésiques » a ensuite été testé en électrophysiologie sur des neuronesnocicepteurs. / The North African scorpion Androctonus australis in Algeria and Tunisia, or Androctonusmauretanicus in Morocco, are responsible of about 100.000 stings each year in Maghreb,followed by 1% of death. Small toxins modulating voltage-gated sodium channels (Nav),named “alpha”, are responsible of 80 to 90% of the total lethal activity from the Androctonusaustralis and mauretanicus venoms. However, smaller molecules are also able to block thefunctioning of another type of ionic channels, in particular, the voltage-gated potassiumchannels (Kv).During this thesis, we have isolated and characterized the compounds of the venom fromAndroctonus amoreuxi, a scorpion widely found in North Africa and Middle East, but neverseriously studied so far. We have identified the constituents implicated in the toxicity anddefined their immunological and pharmacological properties, as well as theirelectrophysiological effects on cloned Nav and Kv channels expressed in Xenopus oocytes.We also have looked for recently characterized new molecules, the Birtoxins-like, and tried toexplain their large biological polymorphism by 3D structural models. At last, we haveevaluated the antinociceptifs effects of scorpion toxins in mice. We have proposed that theantalgic effects observed after administration of scorpion toxins are partly due to a counterirritation phenomenon, which implicates the activation of an endogenous opioid system. The“analgesic” toxins have been further tested in electrophysiology on DRG neurons.

Estudos realizados na última década mostram que a substância P (SP) é um neuromediador importante de estados emocionais e afetivos. A SP tem ação pró-aversiva quando microinjetada na substância cinzenta periaquedutal dorsal (SCPd) através da ativação de receptores neurocininérgicos do tipo NK-1, uma vez que o comportamento defensivo é bloqueado por antagonistas desses receptores. A ativação de receptores NK-1 na SCPd também produz antinocicepção, a qual é considerada parte da reação de defesa. Na sequência desses estudos, este projeto visa investigar o envolvimento dos receptores neurocininérgicos no núcleo central (CeA) e basolateral (BLA) da amígdala na mediação dos estados aversivos gerados e elaborados nessa estrutura prosencefálica que, junto com a SCPd, faz parte do sistema encefálico aversivo. O presente estudo mostrou que a SP e o agonista NK-1 (Sar-Met-SP) promoveram efeitos pró-aversivos no labirinto em cruz elevado somente no CeA, mas não no BLA. Ao contrário da SCPd, não obtivemos qualquer alteração no limiar nociceptivo com a microinjeção de antagonista de receptores NK-1 (Spantide) em ambos os núcleos. O Spantide sozinho não alterou os indicadores de nocicepção e ansiedade. Nenhum tipo de vocalização (audível ou ultrassônica) foi detectado no presente trabalho após a microinjeção de SP ou Sar-Met-SP em ambos núcleos amigdalóides, apesar de relatos de vocalizações ultrassônicas (VUS) após o mesmo tipo de tratamento na SCPd. Os resultados obtidos no presente estudo mostraram que o CeA, mas não o BLA, modula a expressão de comportamentos relacionados ao medo inato através de receptores neurocininérgicos do tipo NK-1. VUS e antinocicepção não parecem participar da reação de defesa elaborada no CeA. A ausência da emissão de VUS nesses núcleos pode indicar que somente estruturas mais antigas do neuroeixo (mesencéfalo e hipotálamo) são responsáveis pela produção de VUS. / A substantial body of evidence obtained in the last decade demonstrated that the Substance P (SP) is an important mediator of the affective and emotional behaviors. SP is a pro-aversive compound when microinjected within the dorsal periaqueductal gray (dPAG). These effects are mediated by the type 1 neurokininergic receptors (NK-1), since the defensive behavior was inhibited by antagonists of these receptors. The activation of NK-1 receptors in the dPAG also produced antinociception and ultrasonic vocalizations (USV). In the sequence of these studies, this study investigated the involvement of neurokinin receptors of the central (CeA) and basolateral (BLA) nuclei of the amygdala in the mediation of the defense reaction. The amigdala together with the dPAG and the medial hypothalamus comprise the encephalic aversive system. The results showed that SP and the NK-1 agonist (Sar-Met-SP) promoted pro-aversive effects in the elevated plus maze test only when microinjected into the CeA, without effect in the BLA. Although SP and the activation of NK-1 receptors induce antinociception in the dPAG, we did not observe any alteration of the nociceptive threshold in the tail-flick test with the NK-1 antagonist (Spantide) injected into both nuclei and any changes of the anxiety parameters in the EPM. No vocalizations (audible or ultrasonic) were detected after treatment with SP or Sar-Met-SP in both amygdaloid nuclei. The lack of emissions of USVs after activation of these nuclei could indicate that only older structures (PAG and hypothalamus) of the neuroaxis are responsible for the production of USVs. The results obtained in the present study show that NK-1 receptors within CeA, but not BLA, modulate the expression of defensive behaviors related to the innate fear. Apparentely USVs and antinociception are not involved in the defensive reactions indiced by activation of NK-1 mechanisms in the CeA.

Plusieurs variables biologiques, psychologiques, ainsi que des différences culturelles, ont été mises en cause afin d'expliquer la différence de perception de la douleur existante entre les hommes et les femmes. Il est connu que les hormones gonadiques influencent la réponse nociceptive chez l'animal et chez l'humain. Le cerveau a aussi la capacité de synthétiser ses propres "hormones sexuelles", les neurostéroïdes. L'objectif de cette thèse était: 1) évaluer les facteurs physiologiques et psychologiques influençant de perception de la douleur chez les hommes et les femmes, 2) évaluer l'implication des androgènes et du cortisol sur les symptômes cliniques et la perception de la douleur chez des sujets atteints de fibromyalgie et sains, et 3) évaluer l'implication des hormones gonadiques et de leurs métabolites 3α5α-réduits dans la transmission et la modulation de la douleur chez animaux les mâles et les femelles par l'utilisation de modèles de douleur comportementaux.