fMRI exploration of the cerebral mechanisms of the perception of pain in others via facial expression

Abstract

La douleur ressentie entraine des réactions de différents ordres : physique, neurologique, comportemental. L’expression de la douleur sur un visage constitue une de ces réactions, d’ordre comportemental. Cette expression faciale intègre les éléments caractérisant la douleur ressentie et il est possible de l’analyser en tant qu’observateur extérieur. Les travaux d’imagerie cérébrale étudiant la réaction du cerveau à la perception d’une douleur chez autrui ont mis en lumière un chevauchement entre les régions du cerveau réagissant à une douleur personnellement ressentie et celles réagissant à l’observation d’une expression de douleur chez les autres. Dans la première étude présentée ici, la réaction du cerveau à l’expression de la douleur chez autrui a été analysée en établissant dans quelle mesure l’intensité plus ou moins forte de la douleur exprimée pouvait moduler cette réaction. Les résultats de cette étude indiquent que la perception de la douleur chez autrui ne concerne pas seulement certaines régions du cerveau réagissant à la douleur personnellement ressentie mais aussi des régions habituellement impliquées dans le système des neurones miroirs (MNS; « human mirror neuron system ») ainsi que dans des régions associées à la Théorie de l’esprit (‘Theory of Mind’, ToM; ou « mentalizing »). En outre, ce travail montre que l’implication relative de ces différentes régions varie selon que la personne évalue la signification affective de l’expression – la magnitude de la douleur – ou qu’elle discrimine les composantes motrices de l’expression – les mouvements faciaux. Une deuxième étude a donc été réalisée, s’appuyant sur un paradigme combinant l’observation et l’exécution pour vérifier et confirmer la « réponse miroir » observée dans la première étude et pour examiner plus en détail les différences apparentes entre la résonance émotionnelle et la résonance motrice. En confirmation de la première étude, il a été établi que ce sont différentes régions du cerveau qui sont impliquées dans les réactions à l’expression de la douleur selon qu’elles relèvent de la résonance émotionnelle ou de la résonance motrice. En somme, ces résultats montrent que la perception de la douleur chez autrui est un processus complexe qui met en jeu un chevauchement entre les régions réagissant à une douleur personnellement ressentie et à une douleur constatée chez autrui, ainsi que les phénomènes de résonance motrice (« mirroring ») et de « mentalizing », processus plus généraux de la cognition sociale.

The pain experience provokes several responses – physical, neural, behavioral. The facial expression of pain is one such behavioral response: it encodes the subjective experience of pain and, as observers, we can decode it. Neuroimaging studies looking at the brain response to the perception of pain in others have identified overlap between brain areas active for the experience of self-pain, and those active during the observation of pain in others. In the first study described below, the brain response to pain in others was investigated using a paradigm that investigated how the intensity of the perceived pain modulated the brain response. The results of this work indicate that the perception of pain in others involves not only certain brain regions involved in self-pain, but also regions previously implicated in the human mirror neuron system (MNS), as well as areas underlying Theory of Mind (i.e. mentalizing). Further, the relative contribution of these areas depended on whether the subject is evaluating the affective meaning of the expression – the pain magnitude – or if they are discriminating the motor components of the expression – the facial movements. A second study was thus designed, using a combined observation and execution paradigm, to confirm the mirroring response observed in the first study, as well as to further explore the hypothesized difference between emotional and motor mirroring. Similarly to the first study, it was found that different brain regions are responsible for mirroring for emotional, versus motor, content of the observed pain expressions. Taken together, these results reveal the perception of pain in others to be a complex process that involves overlap between self and other affective pain areas, as well as mirroring and mentalizing – more general processes of social cognition.