Name: Autor im Rampenlicht: Methoden und Fortschritte der Forschung zur Behandlung chronischer Schmerzen
Uploaded: 2024-01-05T14:00:00
Description: Read this Scientific Article Protocol about Author Spotlight: Towards Biomarker Development Using Neuroimaging as a Tool to Enhance the Understanding of the Neural Basis of Pain at JoVE.com

Die Autoren möchten sich für die Unterstützung der Forscher des Zentrums für visuelle und neurokognitive Rehabilitation, einschließlich Dr. Bruce Crosson und Dr. Lisa Krishnamurthy, für ihren Beitrag zu der Arbeit bedanken. Die Autoren danken auch Grace Ingham für ihre unschätzbare Hilfe bei den Dreharbeiten. Diese Arbeit wurde teilweise durch den United States Department of Veterans Affairs Rehabilitation Research and Development Service, den Career Development Award IK2 RX003227 (Anna Woodbury) und den Center Grant 5I50RX002358 unterstützt. Der Geldgeber spielt keine Rolle bei der Studienplanung, der Datenerfassung, dem Management, der Analyse, der Interpretation oder der Berichterstattung.

Die Studie wurde unter Genehmigung der Emory University (IRB 112768) und des Atlanta VA Institutional Review Boards (1585632-2; Interne Referenznummer: 003) sowie das Atlanta VA R&D Committee (Board Reference Number: 3881). Alle Probanden gaben ihre Einverständniserklärung zur Einschluss, bevor sie an dieser Studie teilnahmen. Für eine visuelle Darstellung des Zeitplans des Studienprotokolls siehe Abbildung 1).
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Bewertung der Wirksamkeit der kranialen elektrischen Stimulation bei Fibromyalgie

Die Methoden der vorliegenden Studie bieten nicht nur die Möglichkeit einer hochwirksamen Behandlungsmethode für Fibromyalgie, sondern auch die Möglichkeit, den diagnostischen Prozess der Fibromyalgie bereits ab dem ersten Auftreten ihres Schmerzsymptomprofils zu verbessern. Die Verwendung sowohl des aktiven CES als auch des Schein-CES, wobei die Entdeckung des Typs jedes einzelnen Produkts von Seriennummern und einem separaten Schlüssel abhängig war, ermöglichte die Verblindung sowohl der Probanden als auch der Fo...

Von den vielen bestehenden Zuständen chronischer Schmerzen ist Fibromyalgie eine der am schwierigsten zu diagnostizierenden, klinisch zu beurteilenden und zu behandelnden Krankheiten. Fibromyalgie ist ein schwächendes chronisches Schmerzsyndrom, das chronische, weit verbreitete Schmerzen, verminderte körperliche Funktion, Müdigkeit, psycho-emotionale und Schlafstörungen sowie verschiedene somatische Beschwerden umfasst, von denen etwa 2-3% der Allgemeinbevölkerung in Amerika (etwa 8 Millionen Menschen in den USA) betroffen sind. 1. Die Diagnose der Krankheit hängt stark davon ab, ob der Patient sein eigenes Symptomprofil und sein Schmerzempfinden versteht, und ohne dieses angemessene Verständnis der Krankheit sowohl durch den Arzt als auch durch den Patienten verlieren die Behandlungsmethoden erheblich an Wirksamkeit2. Eine bessere Definition der Ursprünge und Auswirkungen von Fibromyalgie sowie ein zuverlässiger klinischer Biomarker zur Diagnose und Behandlung von Fibromyalgie sind notwendig, um allen Patienten bestmöglich zu dienen.
Selbst bei einer gesicherten Diagnose nehmen die Schwierigkeiten mit dem Behandlungsprozess nur zu. Insgesamt sind mehr Menschen von chronischen Schmerzen betroffen als Herzerkrankungen, Diabetes und Krebs zusammen. Die subjektive Natur seiner Bewertung macht es zu einem Haupttreiber für die Opioid-Epidemie, insbesondere angesichts der Schwierigkeit, unvollständig behandelte körperliche Schmerzen von Substanzgebrauchsstörungen und drogensuchendem Verhalten zu unterscheiden3. Im Jahr 2020 gab es in den Vereinigten Staaten 91.799 Todesfälle durch Überdosierung (ein Anstieg von 30 % gegenüber 2019), und Opioide waren die Hauptursache für diese Todesfälle (74,8 % aller Todesfälle durch Überdosierung im Jahr 2020)4. Daher sind nicht-pharmakologische Alternativen für die Behandlung chronischer Schmerzen und Fibromyalgie erforderlich, um die Opioid-Epidemie zu verlangsamen, was besonders wichtig ist in der Veteranenbevölkerung, wo das Risiko für Selbstmord und Opioidkonsumstörungen höher ist5. Nicht-pharmakologische und komplementäre Therapien werden daher häufig als Erstlinienbehandlungen eingesetzt6.
Die Suche nach neuartigen, wirksamen Fibromyalgie-Interventionen hat viele Forscher und Kliniker zu Methoden der nicht-invasiven Hirnstimulation, einschließlich der Schädelstimulation, geführt. Auch wenn die pathophysiologischen Mechanismen, die zur Entwicklung der Krankheit führen, noch nicht endgültig geklärt sind, unterstützen die vorhandenen Erkenntnisse die Idee, dass Fibromyalgie eine Störung der Dysfunktion des autonomen Nervensystems und der zentralen (d. h. des Gehirns und des Rückenmarks) Schmerzverarbeitungsmechanismen ist 7,8. Die Stimulation bestimmter Bereiche des Gehirns könnte zu einer verbesserten Funktion in diesen Bereichen der Verarbeitung führen. Die repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) und die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) wurden mit einer Schmerzreduktion korreliert, wurden aber auch mit Reizungen der Kopfhaut an der Aktivierungsstelle, Kopfschmerzen und Unzugänglichkeit außerhalb der Behandlungseinrichtungen in Verbindung gebracht9. Die nichtinvasive Vagusnervstimulation (nVNS), die durch Stimulation der Haut am Hals oder auf Höhe des Ohrs eine Neuromodulation bewirken kann, hat das Potenzial für die Behandlung chronischer Schmerzen, und es wurde gezeigt, dass die invasive Vagusnervstimulation (VNS) chronische Schmerzsymptome verbessert10. Weder invasive noch nicht-invasive VNS wurden jedoch in der Literatur ausreichend erforscht oder vollständig für den Einsatz bei der Behandlung von Fibromyalgie validiert 11,12,13,14.
Die kraniale elektrische Stimulation (CES) ist eine nicht-pharmakologische, nicht-invasive Hirnstimulationsbehandlung, die aus gepulstem, wechselndem Mikrostrom (weniger als 0,5 mA) besteht, der über transkutane Elektroden appliziert wird, die an den Ohrläppchen platziert werden15. Es ist bemerkenswert zugänglich und kann über tragbare Geräte verabreicht werden, die von Patienten in ihren eigenen Wohnräumen verwendet werden. Im Vergleich zu anderen kranialen Stimulationsmethoden erhöht die nicht-invasive Natur und die Bequemlichkeit der Selbstanwendung des Patienten zu Hause das Potenzial von CES als vorteilhafte Option für die weit verbreitete Anwendung der Fibromyalgie-Behandlung und das Selbstmanagement von Schmerzen. Es wurde von der U.S. Food and Drug Administration (FDA) zur Behandlung von Schlaflosigkeit, Depressionen, Angstzuständen und Schmerzen zugelassen15.
Die aktuelle Studie bewertet die Wirksamkeit von CES als Fibromyalgie-Behandlungsmethode, indem sie aktives CES (verabreicht von einem echten Studiengerät) mit Schein-CES (verabreicht von einem Scheinstudiengerät) vergleicht. Es gibt einige vorläufige Evidenz, die den Einsatz von CES bei der Behandlung von Schmerzzuständen wie Fibromyalgie unterstützen16,17. Eine Studie aus dem Jahr 2001 mit 60 Teilnehmern, die 3 Wochen lang täglich 60-minütige Sitzungen auf aktive oder Schein-CES randomisiert wurden, ergab eine Verbesserung der Tender-Punkte-Werte um 28 %, eine Verbesserung der allgemeinen Schmerzwerte um 27 % und keinen Placebo-Effekt18. CES wurde weder in einer Veteranenpopulation noch bei Männern mit Fibromyalgie angemessen untersucht. Eine von Veterans Affairs (VA) finanzierte systematische Überprüfung von CES, die 2018 veröffentlicht wurde, kam zu dem Schluss, dass die Evidenz für CES nicht ausreicht, um klinisch wichtige Auswirkungen auf Fibromyalgie zu haben, da die meisten Studien kleine Stichprobengrößen, kurze Dauer und ein hohes Risiko für Verzerrungen aufgrund unzureichender Verblindung aufwiesen. Die Überprüfung deutet jedoch darauf hin, dass CES keine schwerwiegenden Nebenwirkungen verursacht, und es gibt wenig aussagekräftige Evidenz, die auf einen bescheidenen Nutzen bei Patienten mit Angstzuständen und Depressionen hindeutet19. Daher ist weitere Forschung in Bezug auf die Verwendung dieses von der FDA zugelassenen Produkts mit geringem Risiko gerechtfertigt, insbesondere bei Fibromyalgie.
Um die Wirksamkeit vollständig zu bewerten, bewerteten die Forscher die körperliche Fitness zusammen mit neuronalen Biomarkern und Schmerzerfahrungen. Der Zweck der Behandlung chronischer Schmerzzustände besteht darin, die körperliche Funktion zu verbessern. Fibromyalgie ist durchweg mit negativen Auswirkungen sowohl auf die körperliche Funktion als auch auf die Wahrnehmung der eigenen körperlichen Fähigkeiten der Patienten korreliert20. Frühere Studien haben einfache körperliche Fitnessbewertungen verwendet, um Ausdauer und Mobilität zu bestimmen, wie z. B. der 6-Minuten-Gehtest (6MWT)20,21, Five Time Sit to Stand (5TSTS)20 und verschiedene Messungen der Tragfähigkeit und Kraft im Rahmen täglicher Aktivitäten22. Um Standardmessungen zu berücksichtigen und gleichzeitig den Umfang der anstrengenden Aktivitäten zu verringern, die unmittelbar vor einer MRT-Untersuchung erforderlich sind, verwendete das Studienteam den 30-Sekunden-Stuhlsitz-Stand-Test als Maß für Ausdauer und Beweglichkeit sowie sowohl Bizeps-Curls als auch einen Handgrifftest als Kraftmaß23. Die Bewegungen, die in jeder dieser Bewertungen erforderlich sind, sind im Alltag sehr verbreitet, so dass es ein klares Maß dafür ist, wie Menschen in ihrem täglichen Leben körperlich funktionieren, sowohl mit als auch ohne Behandlung.
Selbst bei subjektiven Schmerzbewertungen und Wirksamkeitsmessungen der körperlichen Funktion sind die Mechanismen des CES nicht vollständig verstanden. Frühere Neuroimaging-Studien haben versucht, die direkte Wirkung von CES auf die Netzwerkkonnektivität im Gehirn besser zu verstehen. Feusner et al.24 fanden heraus, dass CES mit einer kortikalen Deaktivierung für 0,5 Hz und 100 μA Stimulation von bilateralen frontalen, parietalen und posterioren Mittellinienregionen assoziiert ist, und postulierten, dass die Häufigkeit der Stimulation in Bezug auf die kortikale Deaktivierung einen größeren Effekt haben könnte als die aktuelle Intensität. Ihre Gruppe fand signifikante Auswirkungen auf einige, aber nicht alle Knoten des Default Mode Network (DMN). Die Autoren vermuten, dass CES auf der Grundlage dieser Daten die funktionelle Konnektivität im Ruhezustand beeinflussen kann. Es wurde gezeigt, dass Fibromyalgie und andere chronische Schmerzzustände die intrinsische Gehirnkonnektivität in Regionen beeinflussen, die mit Schmerzen und Wahrnehmung verbunden sind25,26, so dass sich Behandlungen, die die funktionelle Konnektivität als Reaktion darauf verändern, sowohl als vorteilhaft als auch als wirksam erweisen könnten. Um den therapeutischen Wirkmechanismus besser zu verstehen, ist eine weitere Erforschung der längerfristigen Auswirkungen der täglichen Behandlung in Bezug auf die klinische Verbesserung sowie der Frage, wie eine gestörte Aktivierung im Gehirn mit zuvor beobachteten Abnahmen der Elektroenzephalogrammfrequenz zusammenhängt, erforderlich27.
Die Magnetresonanztomographie (rs-fcMRT) ist die Neuroimaging-Methode, die es ermöglicht, diese funktionellen Konnektivitätsänderungen zu beobachten. Die longitudinale Ruhezustands-fMRT ermöglicht es Klinikern und Forschern, eine Ausgangsbasis für die Konnektivität im Ruhezustand zu ermitteln und Veränderungen im Laufe der Zeit als Reaktion auf CES-Behandlungsmethoden zu verfolgen. Es hilft auch zu bestimmen, wie Veränderungen in der funktionellen Konnektivität mit Unterschieden in der Schmerzerfahrung korrelieren. Erste Studien zur Neurobildgebung bei Fibromyalgie verwendeten Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT), um das Gehirn zu untersuchen, aber es gibt in dieser Hinsicht Probleme mit beiden Techniken: SPECT hat eine geringere Auflösung als PET, und PET-Scans sind invasiv, was für Patienten mit chronischen Schmerzen nicht vorzuziehen ist. Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) hat eine höhere Auflösung als SPECT, untersucht jedoch die Gehirnaktivität als Reaktion auf die spezifischen Aktionen oder Reizwahrnehmungen der Patienten28. Es sind rs-fcMRT-Scans, die die funktionelle Konnektivität zwischen Regionen des Gehirns skizzieren und möglicherweise bestimmen können, wo und wie Fibromyalgie existiert, sowie die besten Behandlungsmethoden28.
Die Bewertung der Wirksamkeit nicht-pharmakologischer Behandlungen für Schmerzzustände wie Fibromyalgie ist sowohl im aktuellen Umfeld der Opioid-Epidemie als auch bei der Untersuchung chronischer Schmerzen als Risikofaktor für Selbstmord von größter Bedeutung29,30, der in der Veteranenbevölkerung erheblich erhöht ist. Darüber hinaus ist der Mangel an adäquaten klinischen Biomarkern für Schmerzen eine anerkannte Wissenslücke. Die Verwendung einer Kombination aus Verhaltensmessungen und Neuroimaging zu mehreren Zeitpunkten zur Beurteilung des Ansprechens auf die Behandlung ist ein neuartiger Ansatz zur Bewertung von Fibromyalgie, ebenso wie die Verwendung von aurikulärem CES als Behandlung.
Das Protokoll zielt darauf ab, die Lücke in der Fibromyalgie-Forschung zu schließen, indem die Auswirkungen von CES auf Schmerzen und körperliche Funktionsergebnisse untersucht und die Neurobildgebung als Instrument für prädiktive und ansprechende Biomarker im Zusammenhang mit den klinischen Ergebnissen der CES-Therapie bewertetwird 31.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3T Siemens MAGNETOM Prisma Scanner</td>
			<td>Siemens Healthineers</td>
			<td>N/A</td>
			<td>From Emory&#39;s website: &#34;The Siemens Magnetom Prisma 3T whole-body MR system is equipped with: a state-of-the art gradient system with a maximum (per axis) strength of 80 mT/m and slew rate of 200 T/m/sec 
			64 independent RF receiver channels capable of 204 receiver connections 
			a 2-channel RF transmitter. Multiple coils are available, including: a 64-channel head/neck coil with 52 channels for imaging of the head region 
			a 32-channel head-only coil 
			a 20-channel head/neck coil with 16 channels for head 
			spine array coil 
			flexible chest coil 
			large and small flexible coil for extremity imaging.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alpha-Stim AID Kit</td>
			<td>Electromedical Products International Inc.</td>
			<td>SKU: 500KIT</td>
			<td>A total of 50 devices ordered for research purposes. 
			From the site: &#34;A prescription or order from a licensed healthcare professional is required to purchase this device (within the USA). FDA cleared for anxiety, insomnia and pain only, with approval for depression outside of the United States.&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CONN Toolbox v21a16 (RRID:SCR_009550)&#160;</td>
			<td>Whitfield-Gabrieli and Nieto-Castanon</td>
			<td>Version v21a16 (RRID:SCR_009550)</td>
			<td>CONN is an open-source SPM-based cross-platform software for the computation, display, and analysis of functional connectivity Magnetic Resonance Imaging (fcMRI). CONN is used to analyze resting state data (rsfMRI) as well as task-related designs.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DSI Studio&#160;(RRID:SCR_009557)&#160;</td>
			<td>Fang-Cheng (Frank) Yeh</td>
			<td>RRID:SCR_009557</td>
			<td>DSI Studio is a tractography software tool that maps brain connections and correlates findings with neuropsychological disorders. It is a collective implementation of several diffusion MRI methods, including diffusion tensor imaging (DTI), generalized q-sampling imaging (GQI), q-space diffeomorphic reconstruction (QSDR), diffusion MRI connectometry, and generalized deterministic fiber tracking.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fMRIPrep 20.2.5 (RRID:SCR_016216)&#160;</td>
			<td>NiPreps (NeuroImaging PREProcessing tools)</td>
			<td>Version 20.2.5. (RRID:SCR_016216)</td>
			<td>A functional magnetic resonance imaging (fMRI) data preprocessing pipeline that is designed to provide an easily accessible, state-of-the-art interface that is robust to variations in scan acquisition protocols and that requires minimal user input, while providing easily interpretable and comprehensive error and output reporting. It performs basic processing steps (coregistration, normalization, unwarping, noise component extraction, segmentation, skull-stripping, etc.) providing outputs that can be easily submitted to a variety of group level analyses, including task-based or resting-state fMRI, graph theory measures, and surface or volume-based statistics.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MRIQC&#160;</td>
			<td>NiPreps (NeuroImaging PREProcessing tools)</td>
			<td></td>
			<td>MRIQC extracts no-reference IQMs (image quality metrics) from structural (T1w and T2w) and functional MRI (magnetic resonance imaging) data. (not directly used for analyses)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sammons Preston Jamar Hydraulic Hand Dynamometer</td>
			<td>Alpha Med Inc.</td>
			<td>SKU SAMP5030J1</td>
			<td>From the website: Ideal for routine screening of grip strength and initial and ongoing evaluation of clients with hand trauma and dysfunction. 
			Unit comes with carrying/storage case, certificate of calibration and complete instructions. Warranted for one full year. The warranty does not cover calibration. Latex free.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPRI 5-Pound Vinyl-Coated Weight</td>
			<td>SPRI | Amazon</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Color: (E) Dark Blue | 5-Pound. Appears on Amazon: Dumbbells Hand Weights Set of 2 - Vinyl Coated Exercise &#38; Fitness Dumbbell for Home Gym Equipment Workouts Strength Training Free Weights for Women, Men (1-10 Pound, 12, 15, 18, 20 lb), https://www.amazon.com/stores/SPRI/Weights/page/9D10835A-CFAB-4DA1-BEE9-AE993C6B5BC1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPRI 8-Pound Vinyl-Coated Weight</td>
			<td>SPRI | Amazon</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Color: (H) Black |8-Pound. Appears on Amazon: Dumbbells Hand Weights Set of 2 - Vinyl Coated Exercise &#38; Fitness Dumbbell for Home Gym Equipment Workouts Strength Training Free Weights for Women, Men (1-10 Pound, 12, 15, 18, 20 lb), https://www.amazon.com/stores/SPRI/Weights/page/9D10835A-CFAB-4DA1-BEE9-AE993C6B5BC1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a randomized, sham-controlled trial of cranial electrical stimulation for fibromyalgia pain and physical function, using brain imaging biomarkers

Fibromyalgie ist ein chronisches Schmerzsyndrom, das mit einer Konstellation von Symptomen einhergeht, darunter verminderte körperliche Funktion, Müdigkeit, kognitive Störungen und andere somatische Beschwerden. Die verfügbaren Therapien sind bei der Behandlung der Symptome oft unzureichend, wobei eine unzureichende Schmerzkontrolle häufig zum Opioidkonsum für den Versuch der Behandlung führt. Die kraniale elektrische Stimulation (CES) ist eine vielversprechende nicht-pharmakologische Behandlungsoption für Schmerzzustände, bei der die Stimulation mit gepulstem elektrischem Strom zur Veränderung der Gehirnfunktion über transkutane Elektroden verwendet wird. Diese neuronalen Mechanismen und die Anwendungen von CES bei der Linderung von Fibromyalgie-Symptomen bedürfen weiterer Forschung.
Insgesamt 50 Teilnehmer des Atlanta Veterans Affairs Healthcare System (VAHCS), bei denen Fibromyalgie diagnostiziert wurde, wurden aufgenommen und dann blockrandomisiert entweder in eine Placebo-plus-Standardtherapie- oder eine aktive CES- plus Standardtherapiegruppe eingeteilt. Die Ausgangsbewertungen wurden vor Beginn der Behandlung eingeholt. Beide Interventionen fanden über einen Zeitraum von 12 Wochen statt, und die Teilnehmer wurden 6 Wochen und 12 Wochen nach Behandlungsbeginn untersucht. Im primären Endpunkt wurde untersucht, ob Schmerzen und funktionelle Verbesserungen bei der Anwendung von CES auftreten. Darüber hinaus wurde die Magnetresonanztomographie (rs-fcMRT) zu Studienbeginn und zur Nachbeobachtung der funktionellen Konnektivität im Ruhezustand zu den Zeitpunkten von 6 Wochen und 12 Wochen durchgeführt, um die klinische Anwendung von Biomarkern der neuronalen Konnektivität und die zugrunde liegenden neuronalen Assoziationen im Zusammenhang mit Behandlungseffekten zu beurteilen.
Hierbei handelt es sich um eine randomisierte, placebokontrollierte Studie zur Bestimmung der Wirksamkeit von CES zur Verbesserung von Schmerzen und Funktion bei Fibromyalgie und zur Weiterentwicklung der rs-fcMRT als klinisches Instrument zur Beurteilung der neuronalen Korrelate und Mechanismen chronischer Schmerzen und analgetischer Reaktionen.

Of the many existing states of chronic pain, one of the most notoriously difficult diseases to diagnose, clinically assess, and treat is fibromyalgia. Fibromyalgia is a debilitating chronic pain syndrome that involves chronic widespread pain, decreased physical function, fatigue, psycho-emotional and sleep disturbances, and various somatic complaints affecting approximately 2-3% of the general population in the Americas (about 8 million people in the U.S.)1. Diagnosis of the disease is heavily reliant on a patient&#39;s understanding of their own symptom profile and pain experience, and without that proper understanding by both clinician and patient of the disease, methods of treatment lose considerable efficacy2. A better definition of fibromyalgia&#39;s origins and impact as well as a reliable clinical biomarker to guide fibromyalgia diagnosis and treatment&#160;are necessary to best serve all patients.
Even with a confirmed diagnosis, difficulties with the treatment process only grow. As a whole, chronic pain affects more individuals than heart disease, diabetes, and cancer combined. The subjective nature of its assessment places it as a primary driver for the opioid epidemic, especially given the difficulty in discerning incompletely treated physical pain from substance use disorder and drug-seeking behavior3. In 2020, 91,799 drug overdose deaths occurred in the United States (a 30% increase from 2019), and opioids were found to be the main cause of these deaths (74.8% of all 2020 drug overdose deaths)4. Thus, non-pharmacologic alternatives are needed for chronic pain and fibromyalgia treatment to slow the opioid epidemic, which is particularly important in the veteran population where the risk of suicide and opioid use disorder is higher5. Non-pharmacologic and complementary therapies are therefore often used as first-line treatments6.
The search for novel, efficacious fibromyalgia interventions has led many researchers and clinicians to methods of noninvasive brain stimulation, including cranial stimulation. Even though the pathophysiologic mechanisms that result in the development of the disease have not been definitively determined, existing evidence supports the idea that fibromyalgia is a disorder of autonomic nervous system dysfunction and central (i.e., brain and spinal cord) pain processing mechanisms7,8. Stimulation of certain areas of the brain could lead to improved function in those areas of processing. Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) and transcranial direct current stimulation (tDCS) have been correlated with reductions in pain but have also been associated with activation site scalp irritation, headaches, and inaccessibility outside of treatment facilities9. Noninvasive vagus nerve stimulation (nVNS), which can provide neuromodulation through stimulation over the skin at the neck or at the level of the ear, has the potential for the treatment of chronic pain, and invasive vagus nerve stimulation (VNS) has been shown to improve chronic pain symptoms10. However, neither invasive nor noninvasive VNS have been sufficiently explored in the literature or fully validated for use in fibromyalgia treatment11,12,13,14.
Cranial electrical stimulation (CES) is a non-pharmacological, noninvasive brain stimulation treatment that consists of pulsed, alternating microcurrent (less than 0.5 mA) applied via transcutaneous electrodes placed on the earlobes15. It is remarkably accessible and can be delivered through portable devices used by patients within their own living spaces. In comparison to other cranial stimulation methods, the noninvasive nature and the convenience of patient self-application at home increases the potential of CES as a beneficial option for widespread fibromyalgia treatment use and self-management of pain. It has been cleared by the U.S. Food and Drug Administration (FDA) as a treatment for insomnia, depression, anxiety, and pain15.
The current study evaluates the efficacy of CES as a fibromyalgia treatment modality by comparing active CES (administered by a true study device) versus sham CES (administered by a sham study device). There is some preliminary evidence to support the use of CES in the treatment of pain conditions such as fibromyalgia16,17. A 2001 study of 60 participants randomized to active or sham CES for 3 weeks of daily 60 min sessions revealed a 28% improvement in tender point scores, 27% improvement in general pain scores, and no placebo effect18. CES has not been evaluated in a veteran population, nor has it been adequately evaluated in males with fibromyalgia. A Veterans Affairs (VA)-funded systematic review of CES published in 2018 concluded that evidence is insufficient for CES to have clinically important effects on fibromyalgia, given that most trials had small sample sizes, short durations, and a high risk of bias due to inadequate blinding. However, the review suggests that CES does not cause serious side effects, and there is low-strength evidence to suggest modest benefits in patients with anxiety and depression19. Therefore, further research is warranted regarding the use of this FDA-cleared, low-risk device, particularly in fibromyalgia.
In order to fully evaluate the efficacy, researchers assessed physical fitness alongside neural biomarkers and pain experience. The purpose of treating chronic pain states is to improve physical function. Fibromyalgia is consistently correlated with negative effects on both physical function and patients&#39; perception of their own physical abilities20. Previous studies have utilized simple physical fitness assessments to determine stamina and mobility, such as the 6 Minute Walk Test (6MWT)20,21, Five Time Sit to Stand (5TSTS)20, and various measures of carrying capacity and strength in the context of daily activities22. To account for standard measures while also mitigating the amount of strenuous activity required right before an MRI scan, the study team used the 30-Second Chair Sit Stand Test as a measure of stamina and mobility and both bicep curls and a hand grip test as measures of strength23. The movements required in each of these assessments are very common in everyday activities, so it is a clear measure of how people are physically functioning in their day-to-day lives, both with and without treatment.
Even with subjective pain assessments and physical function measures of efficacy, the mechanisms of CES are not fully understood. Prior neuroimaging studies have sought a better understanding by exploring the direct effect of CES on network connectivity in the brain. Feusner et al.24 found that CES is associated with cortical deactivation for 0.5 Hz and 100 &#181;A stimulation of bilateral frontal, parietal, and posterior midline regions and postulated that frequency of stimulation may have more of an effect than current intensity in relation to cortical deactivation. Their group found significant effects on some but not all nodes of the default mode network (DMN). The authors suggest that based on this data, CES may affect resting state functional connectivity. Fibromyalgia and other chronic pain states have been shown to affect intrinsic brain connectivity in regions associated with pain and perception25,26, so treatments that alter functional connectivity in response could prove to be both beneficial and effective. Further exploration of the longer-term effects of daily treatment in relation to clinical improvement, as well as how deceased activation in the brain relates to previously observed decreases in electroencephalogram frequencies, is needed to further understand the therapeutic mechanism of action27.
Resting-state functional connectivity magnetic resonance imaging (rs-fcMRI) is the neuroimaging method that allows for the observation of these functional connectivity changes. Longitudinal resting state fMRI allows clinicians and researchers to establish a baseline of resting state connectivity and track alterations over time in response to CES treatment methods. It also helps to determine how changes in functional connectivity are correlated to differences in the experience of pain. Initial studies of neuroimaging for fibromyalgia used positron emission tomography (PET) and single-photon-emission computed tomography (SPECT) to examine the brain, but there are issues with both techniques in this regard: SPECT has a lower resolution than PET, and PET scans are invasive, which is not preferable for patients experiencing chronic pain. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) scans have greater resolution than SPECT, but they examine brain activity in response to patients&#39; specific actions or perceptions of stimuli28. It is rs-fcMRI scans that can outline functional connectivity between regions of the brain and may be able to determine where and how fibromyalgia exists as well as the best methods of treatment28.
Evaluating the efficacy of non-pharmacologic treatments for pain conditions such as fibromyalgia is of utmost importance both in the current setting of the opioid epidemic and in examining chronic pain as a risk factor for suicide29,30, which is substantially increased among the veteran population. Additionally, the lack of adequate clinical biomarkers for pain is a recognized knowledge gap. Using a combination of behavioral measures and neuroimaging at multiple timepoints to assess treatment response is a novel approach to fibromyalgia evaluation, as is the utilization of auricular CES as a treatment.
The protocol aims to address the gap in fibromyalgia research by investigating the effects of CES on pain and physical function outcomes and evaluating neuroimaging as a tool for predictive and response biomarkers related to the clinical outcomes of CES therapy31.

Autor im Rampenlicht: Methoden und Fortschritte der Forschung zur Behandlung chronischer Schmerzen

Eine randomisierte, scheinkontrollierte Studie zur kranialen elektrischen Stimulation bei Fibromyalgie-Schmerzen und körperlicher Funktion unter Verwendung von bildgebenden Biomarkern des Gehirns

We are trying to address two main issues with regards to pain research. The first is the need for non-invasive, non-pharmacologic therapies that can be effectively administered to individuals suffering from chronic pain. The second is the development of reliable biomarkers, such as the neuroimaging that we're using for the purposes of assessing both fibromyalgia pain and treatment response.The development and access of multiple open source neuro software packages allows for the streamlined use of neuroimaging data analysis. Many of these tools such as fMRIPrep allow researchers who are not familiar with the neuroimaging practices to complete critical pre-processing steps. To maintain blinding, we're unable to titrate for effect using the device as we would in a clinical setting.The stimulation is typically below the perceptual threshold, but we may be underdosing individuals in our study's treatment group, which causes a smaller effect size and difference between the groups. Cranial electrical stimulation is non-invasive. It's low risk, and it's accessible enough to be self-administered by participants in their own home settings.We can also extract usage rates from each of the research devices to properly evaluate compliance with the treatment. And resting state functional connectivity MRI allows us to assess changes in the brain that may occur as a result of our treatment. We anticipate that our research will further guide biomarker development using neuroimaging as a tool.This contributes to a better understanding of the neural basis of pain, and our hope is that these techniques will eventually be used to guide clinical diagnosis and decision making for individuals suffering from pain.

In Bezug auf die Rekrutierungsergebnisse wurden die Teilnehmer in erster Linie durch das Versenden von Rekrutierungsschreiben und Nachverfolgungsanrufe auf der Grundlage der dargelegten Vorschriften des Atlanta VA Healthcare System rekrutiert. Das Studienteam rekrutierte insgesamt 50 Teilnehmer, was die Wirksamkeit der verwendeten Methoden zur Erreichung des Rekrutierungsziels belegt (siehe Abbildung 2). Die Verwendung der neuen diagnostischen Kriterien für ...

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Bei der aktuellen Studie handelt es sich um eine randomisierte, placebokontrollierte Studie zur Bestimmung der Wirksamkeit der kranialen Elektrostimulation (CES) zur Verbesserung von Schmerzen und Funktion bei Fibromyalgie und zur Weiterentwicklung der Magnetresonanztomographie (rs-fcMRT) als klinisches Instrument zur Beurteilung der neuronalen Korrelate und Mechanismen chronischer Schmerzen und analgetischer Reaktion.

Fibromyalgia is a chronic pain syndrome that presents with a constellation of broad symptoms, including decreased physical function, fatigue, cognitive ...

Wir versuchen, zwei Hauptfragen in Bezug auf die Schmerzforschung anzugehen. Der erste ist der Bedarf an nicht-invasiven, nicht-pharmakologischen Therapien, die Menschen mit chronischen Schmerzen wirksam verabreicht werden können. Die zweite ist die Entwicklung zuverlässiger Biomarker, wie z. B. das Neuroimaging, das wir zur Beurteilung von Fibromyalgie-Schmerzen und des Ansprechens auf die Behandlung verwenden.Die Entwicklung und der Zugriff auf mehrere Open-Source-Neuro-Softwarepakete ermöglichen die optimierte Nutzung der Neuroimaging-Datenanalyse. Viele dieser Werkzeuge, wie z. B. fMRIPrep, ermöglichen es Forschern, die mit den Neuroimaging-Verfahren nicht vertraut sind, kritische Vorverarbeitungsschritte durchzuführen. Um die Verblindung aufrechtzuerhalten, sind wir nicht in der Lage, mit dem Gerät auf Wirkung zu titrieren, wie wir es in einer klinischen Umgebung tun würden.Die Stimulation liegt in der Regel unter der Wahrnehmungsschwelle, aber es kann sein, dass wir Personen in der Behandlungsgruppe unserer Studie unterdosieren, was zu einer geringeren Effektstärke und einem geringeren Unterschied zwischen den Gruppen führt. Die kraniale Elektrostimulation ist nicht-invasiv. Es ist risikoarm und zugänglich genug, um von den Teilnehmern in ihrer eigenen häuslichen Umgebung selbst verwaltet zu werden.Wir können auch die Nutzungsraten von jedem der Forschungsgeräte extrahieren, um die Einhaltung der Behandlung richtig zu bewerten. Und die MRT der funktionellen Konnektivität im Ruhezustand ermöglicht es uns, Veränderungen im Gehirn zu beurteilen, die als Folge unserer Behandlung auftreten können. Wir gehen davon aus, dass unsere Forschung die Entwicklung von Biomarkern mit Hilfe von Neuroimaging als Werkzeug weiter vorantreiben wird.Dies trägt zu einem besseren Verständnis der neuronalen Grundlagen von Schmerzen bei, und wir hoffen, dass diese Techniken schließlich zur klinischen Diagnose und Entscheidungsfindung für Menschen mit Schmerzen verwendet werden.

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Research

JoVE Journal

Medicine

A Randomized, Sham-Controlled Trial of Cranial Electrical Stimulation for Fibromyalgia Pain and Physical Function, Using Brain Imaging Biomarkers

Fibromyalgia is a chronic pain syndrome that presents with a constellation of broad symptoms, including decreased physical function, fatigue, cognitive disturbances, and other somatic complaints. Available therapies are often insufficient in treating symptoms, with inadequate pain control commonly leading to opioid usage for attempted management. Cranial electrical stimulation (CES) is a promising non-pharmacologic treatment option for pain conditions that uses pulsed electrical current stimulation to modify&#160;brain function via transcutaneous electrodes. These neural mechanisms and the applications of CES in fibromyalgia symptom relief require further exploration.
A total of 50 participants from the Atlanta Veterans Affairs Healthcare System (VAHCS) diagnosed with fibromyalgia were enrolled and then block-randomized into either a placebo plus standard therapy or active CES plus standard therapy group. Baseline assessments were obtained prior to the start of treatment. Both interventions occurred over 12 weeks, and participants were assessed at 6 weeks and 12 weeks after treatment initiation. The primary outcome investigated whether pain and functional improvements occur with the application of CES. Additionally, baseline and follow-up resting state functional connectivity magnetic resonance imaging (rs-fcMRI) were obtained at the 6-week and 12-week time points to assess for clinical applications of neural connectivity biomarkers and the underlying neural associations related to treatment effects.
This is a randomized, placebo-controlled trial to determine the efficacy of CES for improving pain and function in fibromyalgia and further develop rs-fcMRI as a clinical tool to assess the neural correlates and mechanisms of chronic pain and analgesic response.

The current study is a randomized, placebo-controlled trial to determine the efficacy of cranial electrical stimulation (CES) for improving pain and function in fibromyalgia and further develop resting functional connectivity magnetic resonance imaging (rs-fcMRI) as a clinical tool to assess the neural correlates and mechanisms of chronic pain and analgesic response.