The nationwide multicenter trials of the German Research Network on Neuropathic Pain (DFNS) aim to characterize the somatosensory phenotype of patients with neuropathic pain. For this purpose, we have implemented a standardized quantitative sensory testing (QST) protocol giving a complete profile for one region within 30 min. To judge plus or minus signs in patients we have now established age- and gender-matched absolute and relative QST reference values from 180 healthy subjects, assessed bilaterally over face, hand and foot. We determined thermal detection and pain thresholds including a test for paradoxical heat sensations, mechanical detection thresholds to von Frey filaments and a 64 Hz tuning fork, mechanical pain thresholds to pinprick stimuli and blunt pressure, stimulus/response-functions for pinprick and dynamic mechanical allodynia, and pain summation (wind-up ratio). QST parameters were region specific and age dependent. Pain thresholds were significantly lower in women than men. Detection thresholds were generally independent of gender. Reference data were normalized to the specific group means and variances (region, age, gender) by calculating z-scores. Due to confidence limits close to the respective limits of the possible data range, heat hypoalgesia, cold hypoalgesia, and mechanical hyperesthesia can hardly be diagnosed. Nevertheless, these parameters can be used for group comparisons. Sensitivity is enhanced by side-to-side comparisons by a factor ranging from 1.1 to 2.5. Relative comparisons across body regions do not offer advantages over absolute reference values. Application of this standardized QST protocol in patients and human surrogate models will allow to infer underlying mechanisms from somatosensory phenotypes.

ABSTRACTABSTRACTObjective: Nociceptive and neuropathic components both contribute to pain. Since these components require different pain management strategies, correct pain diagnosis before and during treatment is highly desirable. As low back pain (LBP) patients constitute an important subgroup of chronic pain patients, we addressed the following issues: (i) to establish a simple, validated screening tool to detect neuropathic pain (NeP) components in chronic LBP patients, (ii) to determine the prevalence of neuropathic pain components in LBP in a large-scale survey, and (iii) to determine whether LBP patients with an NeP component suffer from worse, or different, co-morbidities.Methods: In co-operation with the German Research Network on Neuropathic Pain we developed and validated the painDETECT questionnaire (PD‐Q) in a prospective, multicentre study and subsequently applied it to approximately 8000 LBP patients.Results: The PD‐Q is a reliable screening tool with high sensitivity, specificity and positive predictive accuracy; these were 84% in a palm-top computerised version and 85%, 80% and 83%, respectively, in a corresponding pencil-and-paper questionnaire. In an unselected cohort of chronic LBP patients, 37% were found to have predominantly neuropathic pain. Patients with NeP showed higher ratings of pain intensity, with more (and more severe) co‐morbidities such as depression, panic/anxiety and sleep disorders. This also affected functionality and use of health-care resources. On the basis of given prevalence of LBP in the general population, we calculated that 14.5% of all female and 11.4% of all male Germans suffer from LBP with a predominant neuropathic pain component.Conclusion: Simple, patient-based, easy-to-use screening questionnaires can determine the prevalence of neuropathic pain components both in individual LBP patients and in heterogeneous cohorts of such patients. Since NeP correlates with more intense pain, more severe co‐morbidity and poorer quality of life, accurate diagnosis is a milestone in choosing appropriate therapy. Key words: : Back painCo-morbidityNeuropathic painNociceptive painpainDETECTPrevalenceQuestionnaire

Neuropathic pain is accompanied by both positive and negative sensory signs. To explore the spectrum of sensory abnormalities, 1236 patients with a clinical diagnosis of neuropathic pain were assessed by quantitative sensory testing (QST) following the protocol of DFNS (German Research Network on Neuropathic Pain), using both thermal and mechanical nociceptive as well as non-nociceptive stimuli. Data distributions showed a systematic shift to hyperalgesia for nociceptive, and to hypoesthesia for non-nociceptive parameters. Across all parameters, 92% of the patients presented at least one abnormality. Thermosensory or mechanical hypoesthesia (up to 41%) was more frequent than hypoalgesia (up to 18% for mechanical stimuli). Mechanical hyperalgesias occurred more often (blunt pressure: 36%, pinprick: 29%) than thermal hyperalgesias (cold: 19%, heat: 24%), dynamic mechanical allodynia (20%), paradoxical heat sensations (18%) or enhanced wind-up (13%). Hyperesthesia was less than 5%. Every single sensory abnormality occurred in each neurological syndrome, but with different frequencies: thermal and mechanical hyperalgesias were most frequent in complex regional pain syndrome and peripheral nerve injury, allodynia in postherpetic neuralgia. In postherpetic neuralgia and in central pain, subgroups showed either mechanical hyperalgesia or mechanical hypoalgesia. The most frequent combinations of gain and loss were mixed thermal/mechanical loss without hyperalgesia (central pain and polyneuropathy), mixed loss with mechanical hyperalgesia in peripheral neuropathies, mechanical hyperalgesia without any loss in trigeminal neuralgia. Thus, somatosensory profiles with different combinations of loss and gain are shared across the major neuropathic pain syndromes. The characterization of underlying mechanisms will be needed to make a mechanism-based classification feasible.

Neuroimaging studies with positron emission tomography (PET) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) have delineated a human pain network in vivo. Despite the recognition of cerebral structures engaged in pain transmission, the cerebral mechanisms involved in pain modulation are still not well understood. Here, we investigated healthy volunteers using fMRI during experimental heat pain and distraction induced by a visual incongruent color-word Stroop task. A factorial design permitted categorical and covariation analysis of four conditions, namely innocuous and noxious heat; with and without distraction. Pain without distraction evoked an activation pattern similar to that observed in previous neuroimaging pain studies. Distraction was associated with a significant reduction of the visual analogue scale (VAS) ratings for pain intensity and unpleasantness and a reduction of pain-related activation in multiple brain areas, particularly in the so-called ‘medial pain system’. Distraction significantly increased the activation of the cingulo-frontal cortex including the orbitofrontal and perigenual anterior cingulate cortex (ACC), as well as the periaquaeductal gray (PAG) and the posterior thalamus. Covariation analysis revealed functional interaction between these structures during pain stimulation and distraction, but not during pain stimulation per se. According to our results, the cingulo-frontal cortex may exert top–down influences on the PAG and posterior thalamus to gate pain modulation during distraction.

Abstract Patients with neuropathic pain are heterogeneous in etiology, pathophysiology, and clinical appearance. They exhibit a variety of pain-related sensory symptoms and signs (sensory profile). Different sensory profiles might indicate different classes of neurobiological mechanisms, and hence subgroups with different sensory profiles might respond differently to treatment. The aim of the investigation was to identify subgroups in a large sample of patients with neuropathic pain using hypothesis-free statistical methods on the database of 3 large multinational research networks (German Research Network on Neuropathic Pain (DFNS), IMI-Europain, and Neuropain). Standardized quantitative sensory testing was used in 902 (test cohort) and 233 (validation cohort) patients with peripheral neuropathic pain of different etiologies. For subgrouping, we performed a cluster analysis using 13 quantitative sensory testing parameters. Three distinct subgroups with characteristic sensory profiles were identified and replicated. Cluster 1 (sensory loss, 42%) showed a loss of small and large fiber function in combination with paradoxical heat sensations. Cluster 2 (thermal hyperalgesia, 33%) was characterized by preserved sensory functions in combination with heat and cold hyperalgesia and mild dynamic mechanical allodynia. Cluster 3 (mechanical hyperalgesia, 24%) was characterized by a loss of small fiber function in combination with pinprick hyperalgesia and dynamic mechanical allodynia. All clusters occurred across etiologies but frequencies differed. We present a new approach of subgrouping patients with peripheral neuropathic pain of different etiologies according to intrinsic sensory profiles. These 3 profiles may be related to pathophysiological mechanisms and may be useful in clinical trial design to enrich the study population for treatment responders.

Summary Standards for conducting quantitative sensory testing (QST), which is a psychophysical method used to quantify somatosensory function in response to controlled stimuli in healthy subjects and patients, is discussed, and recommendations on the basis of current status of QST are presented. Quantitative sensory testing (QST) is a psychophysical method used to quantify somatosensory function in response to controlled stimuli in healthy subjects and patients. Although QST shares similarities with the quantitative assessment of hearing or vision, which is extensively used in clinical practice and research, it has not gained a large acceptance among clinicians for many reasons, and in significant part because of the lack of information about standards for performing QST, its potential utility, and interpretation of results. A consensus meeting was convened by the Neuropathic Pain Special Interest Group of the International Association for the Study of Pain (NeuPSIG) to formulate recommendations for conducting QST in clinical practice and research. Research studies have confirmed the utility of QST for the assessment and monitoring of somatosensory deficits, particularly in diabetic and small fiber neuropathies; the assessment of evoked pains (mechanical and thermal allodynia or hyperalgesia); and the diagnosis of sensory neuropathies. Promising applications include the assessment of evoked pains in large-scale clinical trials and the study of conditioned pain modulation. In clinical practice, we recommend the use QST for screening for small and large fiber neuropathies; monitoring of somatosensory deficits; and monitoring of evoked pains, allodynia, and hyperalgesia. QST is not recommended as a stand-alone test for the diagnosis of neuropathic pain. For the conduct of QST in healthy subjects and in patients, we recommend use of predefined standardized stimuli and instructions, validated algorithms of testing, and reference values corrected for anatomical site, age, and gender. Interpretation of results should always take into account the clinical context, and patients with language and cognitive difficulties, anxiety, or litigation should not be considered eligible for QST. When appropriate standards, as discussed here, are applied, QST can provide important and unique information about the functional status of somatosensory system, which would be complementary to already existing clinical methods.

Clinical use of quantitative sensory testing (QST) requires standardization. The German research network on neuropathic pain (DFNS) solves this problem by defining reference data stratified for test site, gender and age for a standardized QST protocol. In this report we have targeted two further problems: how to adjust for age-related sensory changes, and how to compare groups of patients with the reference database. We applied a moving average across ages to define reference values per decade. This analysis revealed that women were more sensitive to heat pain independent of age. In contrast, functions were converging at older age for blunt pressure pain, but diverging for punctate mechanical pain (pin prick). The probability that an individual patient dataset is within the range of normal variability is calculated by z-transform using site-, gender- and age-specific reference data. To compare groups of patients with reference data, we evaluated two techniques: A: paired t-test versus fixed mean; i.e. the reference mean value is considered as the known population mean, B: non-paired t-test versus the reference dataset and number of cases restrained to the same number of cases as the patient data set. Simulations for various sample sizes and variances showed that method B was more conservative than method A. We present a simple way of calculating method B for data that have been z-normalized. This technique makes the DFNS reference data bank applicable for researchers beyond the DFNS community without a need for subsampling of subjects from the database.

The runner's high describes a euphoric state resulting from long-distance running. The cerebral neurochemical correlates of exercise-induced mood changes have been barely investigated so far. We aimed to unravel the opioidergic mechanisms of the runner's high in the human brain and to identify the relationship to perceived euphoria. We performed a positron emission tomography “ligand activation” study with the nonselective opioidergic ligand 6-O-(2-[18F]fluoroethyl)-6-O-desmethyldiprenorphine ([18F]FDPN). Ten athletes were scanned at 2 separate occasions in random order, at rest and after 2 h of endurance running (21.5 ± 4.7 km). Binding kinetics of [18F]FDPN were quantified by basis pursuit denoising (DEPICT software). Statistical parametric mapping (SPM2) was used for voxelwise analyses to determine relative changes in ligand binding after running and correlations of opioid binding with euphoria ratings. Reductions in opioid receptor availability were identified preferentially in prefrontal and limbic/paralimbic brain structures. The level of euphoria was significantly increased after running and was inversely correlated with opioid binding in prefrontal/orbitofrontal cortices, the anterior cingulate cortex, bilateral insula, parainsular cortex, and temporoparietal regions. These findings support the “opioid theory” of the runner's high and suggest region-specific effects in frontolimbic brain areas that are involved in the processing of affective states and mood.

Purpose: Non-specific low back pain (NLBP) exerts a profound impact on global health and economics. In the era of Web 3.0, digital therapeutics offer the potential to improve NLBP management. The Rise-uP trial introduces a digitally anchored, general practitioner (GP)-focused back pain management approach with the Kaia back pain app as the key intervention. Here, we present the 12-months evaluation of the Rise-uP trial including clinical and economic outcomes, patient satisfaction and behavioral tracking analysis. Methods: The cluster-randomized controlled study (registration number: DRKS00015048) enrolled 1237 patients, with 930 receiving treatment according to the Rise-uP approach and 307 subjected to standard of care treatment. Assessments of pain, psychological state, functional capacity, and well-being (patient-reported outcome measures; PROMs) were collected at baseline, and at 3-, 6-, and 12-months follow-up intervals. Health insurance partners AOK, DAK, and BARMER provided individual healthcare cost data. An artificial intelligence (AI)-driven behavioral tracking analysis identified distinct app usage clusters that presented all with about the same clinical outcome. Patient satisfaction (patient-reported experience measures; PREMs) was captured at the end of the trial. Results: Intention-to-treat (ITT) analysis demonstrated that the Rise-uP group experienced significantly greater pain reduction at 12 months compared to the control group (IG: − 46% vs CG: − 24%; p < 0.001) with only the Rise-uP group achieving a pain reduction that was clinically meaningful. Improvements in all other PROMs were notably superior in patients of the Rise-uP group. The AI analysis of app usage discerned four usage clusters. Short- to long-term usage, all produced about the same level of pain reduction. Cost-effectiveness analysis indicated a substantial economic benefit for Rise-uP. Conclusion: The Rise-uP approach with a medical multimodal back pain app as the central element of digital treatment demonstrates both, clinical and economic superiority compared to standard of care in the management of NLBP. Keywords: digital medicine, medical apps, non-specific low back pain, multimodal pain therapy, healthcare costs, behavioral tracking analysis

Abstract Chronic pain is a highly prevalent and severely disabling disease, which is associated with substantial changes of brain function. Such changes have mostly been observed when analyzing static measures of brain activity during the resting-state. However, brain activity varies over time and it is increasingly recognized that the temporal dynamics of brain activity provide behaviorally relevant information in different neuropsychiatric disorders. Here, we therefore investigated whether the temporal dynamics of brain function are altered in chronic pain. To this end, we applied microstate analysis to eyes-open and eyes-closed resting-state electroencephalography (EEG) data of 101 patients suffering from chronic pain and 88 age- and gender-matched healthy controls. Microstate analysis describes EEG activity as a sequence of a limited number of topographies termed microstates, which remain stable for tens of milliseconds. Our results revealed that sequences of 5 microstates, labelled with the letters A to E, described resting-state brain activity in both groups and conditions. Bayesian analysis of the temporal characteristics of microstates revealed that microstate D has a less predominant role in patients than in healthy participants. This difference was consistently found in eyes-open and eyes-closed EEG recordings. No evidence for differences in other microstates was found. As microstate D has been previously related to attentional networks and functions, abnormalities of microstate D might relate to dysfunctional attentional processes in chronic pain. These findings add to the understanding of the pathophysiology of chronic pain and might eventually contribute to the development of an EEG-based biomarker of chronic pain.