When chronic pain and age combine: Psychobiological bases of chronic pain during aging

Abstract

[eng] Approximately 50% of individuals over the age of 65 experience chronic pain, which significantly impacts their physical and cognitive functioning, and overall quality of life. Given current demographic trends, this high prevalence and its associated challenges underscore the urgent need to better understand how aging influences the development and persistence of chronic pain. Building on evidence that chronic pain and aging induce similar neuroplastic changes, this thesis seeks to explore the psychobiological mechanisms underlying chronic pain in the aging population. The sample for studies 1- 4 consisted of three groups: older adults (>60 years) with chronic musculoskeletal pain, older adults (>60 years) without pain, and a group of young individuals without pain (<25 years). In contrast, the sample for study 5 included middle-aged and older individuals (>50 years) with knee osteoarthritis. In Study 1, differences in temporal dynamics of brain activity were examined using electroencephalography (EEG) during painful and non-painful electrical stimulation in older adults with chronic pain. Main results revealed heightened frontoparietal cortical responses during painful stimulation, particularly in late-evoked potentials, suggesting an enhanced alarm/orienting response in this population. In Study 2, EEG was used to investigate attentional differences to somatosensory stimuli through an oddball paradigm with affective modulation. Results showed that older adults with chronic pain exhibited a somatosensory habituation impairment (enhanced N100) during frequent stimuli, which was more pronounced in affective contexts. In Study 3, functional magnetic resonance imaging (fMRI) revealed that altered resting-state functional connectivity (rsFC) within the pain network in older adults with chronic pain, particularly increased amygdala-dorsolateral prefrontal cortex connectivity, was linked to impaired pain inhibition. This suggests chronic pain may heighten amygdala projections to the frontal cortex, disrupting cognitive processes involved in pain control. Building on these findings, Study 4 examined how alterations in rsFC within the brain's major functional networks were associated with cognitive decline in older adults with chronic pain. Results indicated that increased connectivity within the Default Mode Network (DMN) was linked to poorer cognitive flexibility in older adults with chronic pain, impairing age-related compensatory mechanism. Finally, Study 5 examined how the chronic pain impact, defined as the degree of functional 1 limitation caused by pain, in middle-aged and older adults is associated with rsFC alterations within the Salience Network (SN) and its relationship with interoceptive sensitivity. Findings showed reduced SN connectivity in those with high-impact chronic pain. Chronic pain severity also modulated the link between SN connectivity and interoceptive attentional regulation, indicating that greater pain impact disrupts interoceptive mechanisms in older adults. Altogether, the findings of this thesis shed light on the various alterations caused by chronic pain in the perception of bodily sensations, pain inhibition, and cognitive decline. It proposes different psychobiological bases to explain these changes, aiming to understand the higher prevalence of pain in this population and adapt various intervention protocols to alleviate pain in this age group.

[cat] Aproximadament el 50% de les persones majors de 65 anys experimenten dolor crònic, afectant la seva funcionalitat i qualitat de vida. Les tendències demogràfiques actuals ressalten la necessitat d'entendre com l'envelliment afecta el desenvolupament i la persistència del dolor crònic. Basant-se en l'evidència que el dolor crònic i l'envelliment poden induir processos de neuroplasticitat similars, aquesta tesi explora els mecanismes psicobiològics del dolor crònic en adults grans. Els estudis 1-4 van incloure tres grups de participants: adults grans (>60 anys) amb dolor musculoesquelètic crònic, adults grans sense dolor i joves (<25 anys) sense dolor. D'altra banda, l'estudi 5 va comptar amb una mostra de participants majors de 50 anys amb osteoartritis de genoll. L'Estudi 1 va utilitzar un registre d'electroencefalograma (EEG) per analitzar la dinámica temporal de l’activitat cerebral en adults grans amb dolor crònic durant l'estimulació elèctrica dolorosa i no dolorosa. Els resultats van mostrar una major amplitud en els elèctrodes frontoparietals en els potencials evocats tardans davant d'estímuls dolorosos, la qual cosa suggereix una resposta augmentada d'alarma i orientació en aquesta població. L'Estudi 2 va emprar EEG per avaluar com el dolor crònic afecta l'atenció a estímuls somatosensorials mitjançant un paradigma oddball amb modulació afectiva. Els resultats van mostrar un deteriorament en l'habituació somatosensorial (N100 reduit) davant d'estímuls freqüents en adults grans amb dolor crònic, sent aquest efecte més pronunciat en contextos afectius. L'Estudi 3 va utilitzar ressonància magnètica funcional (fMRI) per analitzar la connectivitat funcional en repòs (rsFC) en la xarxa del dolor i la seva relació amb la inhibició del dolor en adults grans amb dolor crònic. Es va trobar que una major connectivitat entre l'amígdala i el còrtex prefrontal dorsolateral s'associava amb una menor capacitat per inhibir el dolor, suggerint que el dolor crònic intensifica les projeccions de l'amígdala cap a estructures frontals, afectant les funcions cognitives d'inhibició del dolor. L'Estudi 4 va analitzar com les alteracions en la rsFC dins de les principals xarxes funcionals cerebrals es relacionen amb el deteriorament cognitiu en adults grans amb dolor crònic. Els resultats van mostrar que una major connectivitat a la Xarxa per Defecte (DMN) s'associava amb una menor flexibilitat cognitiva, la qual cosa suggereix que el dolor crònic podria contribuir a una major rigidesa cognitiva i afectar els mecanismes compensatoris de l'envelliment. L'Estudi 5 va analitzar la relació entre 5 l'impacte del dolor crònic, definit com el grau de limitació funcional causat pel dolor, la connectivitat funcional en repòs (rsFC) de la Xarxa de Saliència (SN) i la sensibilitat interoceptiva en adults de mitjana edat i grans. Es va trobar una reducció de la connectivitat dins de la SN en persones amb dolor crònic d'alt impacte. A més, els resultats suggereixen que el dolor crònic modula la relació entre la connectivitat de la SN i la regulació de l'atenció interoceptiva, indicant que una major gravetat del dolor altera els mecanismes interoceptius en aquesta població. Els resultats d'aquesta tesi mostren les alteracions causades pel dolor crònic en la percepció sensorial, la inhibició del dolor i el deteriorament cognitiu durant l'envelliment. A més, proposa bases psicobiològiques per explicar aquests canvis, amb l'objectiu d'entendre la major prevalença del dolor en aquesta població i adaptar els protocols d'intervenció per alleujar-lo en aquesta població.

[eng] Aproximadamente el 50% de las personas mayores de 65 años experimentan dolor crónico, afectando a su funcionalidad y calidad de vida. Las tendencias demográficas actuales resaltan la necesidad de entender cómo el envejecimiento afecta el desarrollo y mantenimiento del dolor crónico, destacando la importancia de comprender mejor cómo el envejecimiento afecta el desarrollo y la prevalencia del dolor crónico. Basándose en la evidencia de que el dolor crónico y el envejecimiento pueden inducir procesos de neuroplasticidad similares, esta tesis explora los mecanismos psicobiológicos del dolor crónico en adultos mayores. Los estudios 1-4 incluyeron tres grupos de participantes: adultos mayores (>60 años) con dolor musculoesquelético crónico, adultos mayores (>60 años) sin dolor y jóvenes (<25 años) sin dolor. Por otro lado, el estudio 5 contó con una muestra de participantes mayores de 50 años con osteoartritis de rodilla. El Estudio 1 utilizó un registro de electroencefalograma (EEG) para analizar la dinámica temporal de la actividad cerebral en adultos mayores con dolor crónico durante la estimulación eléctrica dolorosa y no dolorosa. Los resultados mostraron una mayor amplitud en los potenciales evocados tardíos en electrodos frontoparietales ante estímulos dolorosos, lo que sugiere una respuesta aumentada de alarma y orientación en esta población. El Estudio 2 empleó EEG para evaluar cómo el dolor crónico afecta la atención a estímulos somatosensoriales mediante un paradigma oddball con modulación afectiva. Los resultados mostraron un deterioro en la habituación somatosensorial (N100 aumentado) ante estímulos frecuentes en adultos mayores con dolor crónico, en comparación con el grupo de mayores sin dolor, siendo este efecto más pronunciado en contextos afectivos. El Estudio 3 utilizó resonancia magnética funcional (fMRI) para analizar la conectividad funcional en reposo (rsFC) en la red del dolor y su relación con la inhibición del dolor en adultos mayores con dolor crónico. Los resultados indicaron que una mayor conectividad entre la amígdala y la corteza prefrontal dorsolateral se asociaba con una menor capacidad para inhibir el dolor en el grupo de mayores con dolor crónico, lo que sugiere que el dolor crónico intensifica las proyecciones de la amígdala hacia estructuras frontales, afectando así las funciones cognitivas relacionadas con la inhibición del dolor. El Estudio 4 analizó cómo las alteraciones en la rsFC dentro de las principales redes funcionales cerebrales se relacionan con el deterioro 3 cognitivo en adultos mayores con dolor crónico. Los resultados mostraron que una mayor conectividad en la Red por Defecto (DMN) se asoció con una menor flexibilidad cognitiva en el grupo de mayores con dolor crónico, lo que sugiere que el dolor crónico podría contribuir a una mayor rigidez cognitiva y afectar los mecanismos compensatorios del envejecimiento. El Estudio 5 analizó la relación entre el impacto del dolor crónico, definido como el grado de limitación funcional causado por el dolor, la rsFC de la Red de Saliencia (SN) y la sensibilidad interoceptiva en adultos de mediana edad y mayores. Se encontró una reducción de la conectividad dentro de la SN en personas con dolor crónico de alto impacto. Además, los resultados sugieren que el dolor crónico modula la relación entre la conectividad de la SN y la regulación de la atención interoceptiva, indicando que una mayor gravedad del dolor altera los mecanismos interoceptivos en esta población. Los hallazgos de esta tesis muestran las alteraciones causadas por el dolor crónico en la percepción sensorial, la inhibición del dolor y el deterioro cognitivo durante el envejecimiento. Además, propone bases psicobiológicas para explicar estos cambios, con el fin de comprender la mayor prevalencia de dolor en esta población y adaptar los protocolos de intervención para aliviarlo en esta población.