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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


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


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


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


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


Ictal SPECT

Laureys, Trends in Cognitive Sciences, 2005

Frontoparietal “workspace”


Sitt & al, 2014

Loss of complexity and connectivity

N Guo et al, 2017

Absences networks

“Network Inhibition Hypothesis”

Englot & Blumenfeld, 2009



• 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


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


(SEEG)

26

4 3

9

108

1

7

5

Bancaud & Talairach


(SEEG)

26

4 3

9

108

1

7

5

Bancaud & Talairach

J. Bancaud & J. Talairach, 1992

SEEG

Clinic


Clinical semiology and propagation in seizure with « complex » features

NETWORK Approaches

time

SEEG

Clinic


Temporal (external and internal)

Parietal (Area 7, CG/Precuneus)

Thalamus associative

(Pulvinar)

GWS


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


-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


-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


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


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


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


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


• 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


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


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


A common scenario for AOC during partial seizures affecting Global

Workspace

Bartolomei & Naccache, 2011

Seizure onset

(SPS)

Seizure course

(CPS)


• 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)


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 ?


31

Current Biology, 2017


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


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