Multilevel approach to high-frequency oscillations (HFOs) in human epileptic networks
Institution:
Paris 6Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Epilepsy is a dynamical disease reflecting abnormal activity of neuronal networks. The interictal period (between seizures), is characterized by transient hypersynchronous excitability emerging as interictal discharges and high frequency oscillations (HFOs >40Hz). During my thesis, a multi-level approach was performed, in order to investigate the mechanisms of HFO generation and their temporal relation with seizures. A first study consisted on the exploration of cellular correlates underlying HFOs (~200 Hz) in epileptic slices of human hippocampus. Two different cellular mechanisms were observed, highlighting the heterogeneity of underlying cellular behaviors. In a second study using intracranial microelectrodes during presurgical evaluation of patients, we recorded simultaneously LFP and multi-unit activity. Interictal discharges were preceded by HFOs (40-120Hz) in 50% of cases, both associated to heterogeneous neuronal firing. A final study was performed to investigate the dynamics of HFOs in relation to seizures. From long-term intracranial recordings, we studied the modulation of gamma (40-140Hz) by slower rhythms (theta/delta) before the seizure onset. We showed that a perturbation of this coupling occurs several minutes before the seizure onset for a significant number of patients (13%). We conclude that HFOs in epileptic networks can be generated by different mechanisms, are associated to a heterogeneous cellular firing, and are modulated in a different way during the preictal period. Hence, their study is important for a better understanding of the mechanisms of seizure generation.
Abstract FR:
L’épilepsie est une pathologie dynamique qui s’exprime par une activité anormale des réseaux neuronaux. La période entre crises est caractérisée par une excitabilité transitoire hypersynchrone : les décharges interictales et les oscillations haute-fréquence (HFOs >40Hz). Au cours de ma thèse, j’ai mené une approche multi-niveau pour mieux comprendre les mécanismes de génération des HFOs et leur relation temporelle avec les crises. La première étude a concerné l’exploration in vitro des corrélats cellulaires des HFOs (~200Hz) sur l’hippocampe humain épileptique. Deux mécanismes différents ont été observés au niveau cellulaire en soulignant leur hétérogénéité. Dans une deuxième étude en utilisant des microlectrodes intracrâniennes pendant l’évaluation pré-chirurgicale des patients, nous avons enregistré simultanément le LFP et l’activité multi-unitaire. Les décharges interictales étaient précédées par HFOs (40-120Hz) dans 50% des cas, tous les deux associées à une activité neuronale hétérogène. Une dernière étude a été mise en place pour investiguer la dynamique des HFOs en relation aux crises. A partir d’enregistrements intracrâniens de long-terme, nous avons étudié la modulation de gamma (40-140Hz) par les rythmes plus lents (theta/delta) avant le début de la crise. Nous avons mis en évidence une perturbation dans ce couplage plusieurs minutes avant les crises dans un nombre significatif de patients (13%). En conclusion, les HFOs pathologiques peuvent être générées par des mécanismes différents, sont associées à une activité cellulaire hétérogène, et sont modulés différemment pendant les périodes pré-critiques. Ainsi, leur étude est donc importante pour la compréhension des mécanismes de génération des crises.