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Mécanismes de l’Altération de la Conscience dans les crises épileptiques
focales
Fabrice Bartolomei
Service de Neurophysiologie Clinique et Epileptologie_Hôpital Timone
Université Aix Marseille II
Marseille, France
Fréquence et Impact des troubles de la conscience dans les crises épileptiques
-Crises du lobe temporal (70%, Maillard et al,
04);
-Crises pariétales (80%, Bartolomei et al, 011)
-Crises Frontales (70%, Bonini et al, 013).
• Critère de Sévérité d’une épilepsie et
d’altération de la Qualité de vie (Duncan &
Sanders, 1991)
• Risque accidentel accru (Hansota & Broste,
1991; Wirrel et al, 1996, Kraus et al, 1999)
Introduction / Définitions /Examples video EEG/Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Laureys, Trends in Cognitive Sciences, 2005
The two dimensions of consciousness in neurology
Conscious Wakefulness
Vigilance
Drowsiness
St I-II Sleep
St III-IV Sleep
Complex partial seizures
Absence SzSyncopesGeneralized TC Seizures
Introduction / Définitions /Examples video EEG/Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
GW of consciousness(Frontal/Parietal)
Reticular system
Access to CS is Associated with transient “subtle” synchrony of EEG signals” (beta/gamma)
Gaillard et al, 2009Rodriguez et al, 99
Introduction / Définitions /Examples video EEG/Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Estimation/definition de la perte de Conscience (awareness) dans les CPC
2 critères classiques:
-Impossibilité de répondre aux consignes (verbal)
-Impossibilité de se rappeler des évènementscritiques (“rapportabilité”)
Gloor, 1980,1986, Munari et al, 1980, Commision, 1981;
Lee et al, 02; Blumenfeld et al, 04a; 04b
Introduction / Définitions /Examples video EEG/Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
A multiple Criteria Scale: Consciousness Seizure Scale (CSS)
-> Scores from 0 (no LOC) to 9 (max LOC)
-> require a good interview of the patient during seizure
Arthuis et al, Brain. 2009 Aug;132(Pt 8):2091-101
Bartolomei & Naccache, Beh Neurol 2011
Introduction / Définitions /Examples video EEG/Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
0
9
Mécanismes de l’altération de Cs
• Centrencephalic Theory (Penfield, Jasper, Gastaut)
• Extension to Extra-temporal cortical structures (Munari et al, 1980)
• Bilateral TL Involvement (Gloor et al, 1980; Lux et al, 02)
• Involvement of the Left TL (Lux et al, 02)
• Thalamic and subcortical involvement(Lee et al, 02, Blumenfeld et al, 04, Guye et al, 06)
• Cortical network inhibition hypothesis(Blumenfeld et al, 04, Englot& Blumenfeld 09)
• Abnormal Synchronisation within the GWS (Arthuis et al, 09, Bartolomei & Naccache, 2011, Bartolomei, 012)
Gastaut & Broughton, 1972
Englot & Blumenfeld, 09
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
CPSSPS
Blumenfeld et al, 04
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Ictal SPECT
Laureys, Trends in Cognitive Sciences, 2005
Frontoparietal “workspace”
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Sitt & al, 2014
Loss of complexity and connectivity
N Guo et al, 2017
Absences networks
“Network Inhibition Hypothesis”
Englot & Blumenfeld, 2009
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
• H1: Altérations spécifiques de la Connectivité Fonctionnelle (« synchronie ») dans le GW
• H2: Lien avec le niveau d’altération de la conscience et le niveau d’altération de la CF
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Amygdala
Hippoc Ant
Pole Int
Entorh Ctx
Hippoc Post
ParaHip
GTS
Insul Temp
GTM
Par
SEEG recording in Mesial TLE seizure
Epileptogenic Zone
NetworkPropagation network
• 388 sz/100 pts right TLE
• Recorded using SEEG
• Estimation of cs based on contact/amnesia
• Compared TLEs with and withour Cs
• No linked with the Internal temporal involvement
• Link with the amount of extratemporal regions
Depth Electrodes _ Stereoelectroencephalography
(SEEG)
26
4 3
9
108
1
7
5
Bancaud & Talairach
The concept of Electro-Anatomical-Clinical correlations
Depth Electrodes _ Stereoelectroencephalography
(SEEG)
26
4 3
9
108
1
7
5
Bancaud & Talairach
Depth Electrodes _ Stereoelectroencephalography
(SEEG)
26
4 3
9
108
1
7
5
Bancaud & Talairach
J. Bancaud & J. Talairach, 1992
SEEG
Clinic
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Clinical semiology and propagation in seizure with « complex » features
NETWORK Approaches
time
SEEG
Clinic
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Temporal (external and internal)
Parietal (Area 7, CG/Precuneus)
Thalamus associative
(Pulvinar)
GWS
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Trois groupes de crises A (pas de PDC), B (niveau intermédiaire), C (PDC complète)
Group A
Group B
Group C
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
CSS
sco
re
CS Scale
Arthuis et al, 2009
Hi
MTG
CG
Par
Th
Ec
Non linear correlation between SEEG
signals (h²)
h²h²
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
-2
-1
0
1
2
3
4
Hip-
MTG
Th-MTG CG-
MTG
Par-
MTG
EC-Hip Th-Hip CG-Hip Par-Hip CG-Th Par-Th Par-CG
Structure interactions
Avera
ged
Zsco
re
group A
group C
Connectivité fonctionnelle critique : Groupe A(pas de PDC) versus groupe C (max PDC)
Seizure Onset
P>0.05
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
-2
0
2
4
6
8
10
12
MP ES MP ES MP ES MP ES MP ES MP ES MP ES MP ES MP ES MP ES
hip MTG Th-MTG CG-MTG Par-MTG Th-Hip CG-Hip Par-Hip CG-Th Par-Th Par-CG
structure interactions
Avera
ged
Z-s
co
re
group C
group A
Synchronies extra-temporales plus fortes dans les crises C
Middle/End part
P<0.01ns
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Hi
MTG
CG
Par
Th
Ec
P<0.0001
P>0.05TSI
ETSI
Changes in correlations
are maximal in
interactions between
Thalamus and Parietal
cortex
(internal/external)Arthuis et al, 2009
-2
0
2
4
6
8
10
SO MS ES SO MS ES
group C group A
Periods
Sy
nc
hro
ny
in
dic
es
TSI
TETSI
ETSI
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
03/11/2017
Titre de la Présentation > Titre de la partie
21
Crise avec (1) et crise sans PCs (2)
Interactions entre Th , Fr et Par chez un patient avec ELT
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
1
2
h²
h²
Corrélation entre niveau de synchronie thalamocorticale extra-temporale(h²) et scores d’alteration de conscience (p<0.001) (relation non linéaire)
Level of Correlations (“synchrony”)
between Th, CG and Parietal Cortex
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Crises Pariétales: Modèle d’atteinte directe du GWS
• ZE est dans le cortex pariétal
associatif
• Perte de Conscience fréquente
(>80%)
• Seule des crises très localisées
au cortex somatosensitifs
secondaires (aire 5, SII) ont une
conscience préservée
Ristić AJ, et al. Epileptic Disord. 2012 Mar;14(1):22-31; Bartolomei F, et al Epilepsy Res. 2011 Feb;93(2-3):164-76
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
• 29 seizures from 10 patients
• SEEG for Parietal Epilepsy,
• Altered conscious level
assessed using CSS scale
(Arthuis et al 2009)
• Electrodes placed in at least
one frontal and one parietal
lobe region
• Analysis of Ictal Synchrony
(h²)
Lambert et al, Epilepsia. 2012 Dec;53(12):2104-10
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Main results
• Level of Inter-regionalInteractions is greater in group C relative to A and B (p<0.01)
• Direct Non LinearRelationship between CSS scores and values of synchrony (p<0.0001)
• Correlations between CSS and synchronization changes are maximal in Fronto-Parietal interactions
Synchrony LevelIntroduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Frontal Lobe Seizures
• 24 patients
• 52 seizures (SEEG)
• CSS scoring
• Group A: 15 sz,
• Group B: 9 sz
• Group C: 28 sz
• Gr B+C:71%
Clin Neurophysiol, 2015
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Synchrony and Consciousness in FLS
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Pfi Pfe Pai Pae Other
C
B
A*
*
iPF
ePF
iPA
ePA
PM
Evaluation of Interdependencies between Five representative regions
iPA ePA PMePFiPF
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
A common scenario for AOC during partial seizures affecting Global
Workspace
Bartolomei & Naccache, 2011
Seizure onset
(SPS)
Seizure course
(CPS)
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
• L’alteration de la Cs dans les CP est corréléeavec une alteration (hyper) des synchronies thalamocorticales affectant des cortex associatifs (pariétaux++, GW)
• La relation CS/Synchronie est non linéaire et suggère un effet seuil
• Effet thérapeutique sur la synchronie pourraitêtre efficace pour limiter la perte de Cs (ex=> desynchronization of the cortex activity during continuous thalamic stimulation (Ananda et al, 2009; Good et al, 2009) or during VNS (Fraschini et al, 013, Bodin et al, 2015)
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Fc study from scalp EEG (21 channels)
Phase Lag Index (PLI (Stam et al, 2007)
Differences between ON and OFF phases and between responders (R) and non responders patients (NR)
Reduction of Interictal « Hypersynchrony » : a mechanism of Action for VNS treatment ?
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
31
Current Biology, 2017
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions
Aknowledgments
Dynamap group (INS, INSERM 1106)
03/11/2017
Titre de la Présentation > Titre de la partie
32
Isabelle LambertFrancesca BoniniAileen McGonigalMarie ArthuisChristian BenarFabrice Wendling
Lionel Naccache
Introduction / Définitions /Examples video EEG /Mécanismes de la PDC /Altérations du GW/ Conclusions