TMS- EEG Signatures of GABAergic Neurotransmission in the Human Cortex

Combining transcranial magnetic stimulation (TMS) and electroencephalography (EEG) constitutes a powerful tool to directly assess human cortical excitability and connectivity. TMS of the primary motor cortex elicits a sequence of TMS-evoked EEG potentials (TEPs). It is thought that inhibitory neurotransmission through GABA-A receptors (GABAAR) modulates early TEPs (<50 ms after TMS), whereas GABA-B receptors (GABABR) play a role for later TEPs (at ∼100 ms after TMS). However, the physiological underpinnings of TEPs have not been clearly elucidated yet. Here, we studied the role of GABAA/B-ergic neurotransmission for TEPs in healthy subjects using a pharmaco-TMS-EEG approach. In Experiment 1, we tested the effects of a single oral dose of alprazolam (a classical benzodiazepine acting as allosteric-positive modulator at α1, α2, α3, and α5 subunit-containing GABAARs) and zolpidem (a positive modulator mainly at the α1 GABAAR) in a double-blind, placebo-controlled, crossover study. In Experiment 2, we tested the influence of baclofen (a GABABR agonist) and diazepam (a classical benzodiazepine) versus placebo on TEPs. Alprazolam and diazepam increased the amplitude of the negative potential at 45 ms after stimulation (N45) and decreased the negative component at 100 ms (N100), whereas zolpidem increased the N45 only. In contrast, baclofen specifically increased the N100 amplitude. These results provide strong evidence that the N45 represents activity of α1-subunit-containing GABAARs, whereas the N100 represents activity of GABABRs. Findings open a novel window of opportunity to study alteration of GABAA-/GABAB-related inhibition in disorders, such as epilepsy or schizophrenia.

O EFEITO DO CONTROLE RESPIRATÓRIO EM VARIÁVEIS ELETROFISIOLÓGICAS DA ATENÇÃO

A prática do ioga tem se tornado cada vez mais popular, não apenas pelos benefícios físicos, mas principalmente pelo bem-estar psicológico trazido pela sua prática. Um dos componentes do ioga é o Prãnãyama, ou controle da respiração. A atenção e a respiração são dois mecanismos fisiológicos e involuntários requeridos para a execução do Prãnãyama. O principal objetivo desse estudo foi verificar se variáveis contínuas do EEG (potência de diferentes faixas que o compõem) seriam moduladas pelo controle respiratório, comparando-se separadamente as duas fases do ciclo respiratório (inspiração e expiração), na situação de respiração espontânea e controlada. Fizeram parte do estudo 19 sujeitos (7 homens/12 mulheres, idade média de 36,89 e DP = ± 14,46) que foram convidados a participar da pesquisa nas dependências da Faculdade de Saúde da Universidade Metodista de São Paulo. Para o registro do eletroencefalograma foi utilizado um sistema de posicionamento de cinco eletrodos Ag AgCl (FPz, Fz, Cz, Pz e Oz) fixados a uma touca de posicionamento rápido (Quick-Cap, Neuromedical Supplies®), em sistema 10-20. Foram obtidos valores de máxima amplitude de potência (espectro de potência no domínio da frequência) nas frequências teta, alfa e beta e delta e calculada a razão teta/beta nas diferentes fases do ciclo respiratório (inspiração e expiração), separadamente, nas condições de respiração espontânea e de controle respiratório. Para o registro do ciclo respiratório, foi utilizada uma cinta de esforço respiratório M01 (Pletismógrafo). Os resultados mostram diferenças significativas entre as condições de respiração espontânea e de controle com valores das médias da razão teta/beta menores na respiração controlada do que na respiração espontânea e valores de média da potência alfa sempre maiores no controle respiratório. Diferenças significativas foram encontradas na comparação entre inspiração e expiração da respiração controlada com diminuição dos valores das médias da razão teta/beta na inspiração e aumento nos valores das médias da potência alfa, sobretudo na expiração. Os achados deste estudo trazem evidências de que o controle respiratório modula variáveis eletrofisiológicas relativas à atenção refletindo um estado de alerta, porém mais relaxado do que na situação de respiração espontânea.

Capgras syndrome: a clinical manifestation of watershed cerebral infarct complicating the use of extracorporeal membrane oxygenation

Ischaemic cerebral accidents are frequent following extracorporeal membrane oxygenation (ECMO), especially after fixing the reinjection cannula in the right primitive carotid artery, which leads to an interruption in downstream flow. We describe a rare and unusual symptom of cerebral ischaemic accident that is known as Capgras syndrome. This feature is interesting because it may be documented by computed tomography (CT) scan and particular electroencephalography signals. It appears that our observation represents the first documented case of Capgras syndrome complicating ECMO. This incident emphasizes the potential hazards associated with right common artery ligature for venoarterial extracorporeal membrane oxygenation (VAECMO). In addition, it shows that this psychiatric symptom (that has been interpreted psychodynamically for many years) can have an organic basis, which should be studied.

Évaluation électrophysiologique auditive et examen du langage et de l’attention chez l’enfant né prématurément et l’enfant né à terme

L’objectif de cette thèse est l’étude du développement de l’attention auditive et des capacités de discrimination langagière chez l’enfant né prématurément ou à terme. Les derniers mois de grossesse sont particulièrement importants pour le développement cérébral de l’enfant et les conséquences d’une naissance prématurée sur le développement peuvent être considérables. Les enfants nés prématurément sont plus à risque de développer une variété de troubles neurodéveloppementaux que les enfants nés à terme. Même en l’absence de dommages cérébraux visibles, de nombreux enfants nés avant terme sont à risque de présenter des troubles tels que des retards langagiers ou des difficultés attentionnelles. Dans cette thèse, nous proposons donc une méthode d’investigation des processus préattentionnels auditifs et de discrimination langagière, à l’aide de l’électrophysiologie à haute densité et des potentiels évoqués auditifs (PEAs). Deux études ont été réalisées. La première visait à mettre sur pied un protocole d’évaluation de l’attention auditive et de la discrimination langagière chez l’enfant en santé, couvrant différents stades de développement (3 à 7 ans, 8 à 13 ans, adultes ; N = 40). Pour ce faire, nous avons analysé la composante de Mismatch Negativity (MMN) évoquée par la présentation de sons verbaux (syllabes /Ba/ et /Da/) et non verbaux (tons synthétisés, Ba : 1578 Hz/2800 Hz ; Da : 1788 Hz/2932 Hz). Les résultats ont révélé des patrons d’activation distincts en fonction de l’âge et du type de stimulus présenté. Chez tous les groupes d’âge, la présentation des stimuli non verbaux a évoqué une MMN de plus grande amplitude et de latence plus rapide que la présentation des stimuli verbaux. De plus, en réponse aux stimuli verbaux, les deux groupes d’enfants (3 à 7 ans, 8 à 13 ans) ont démontré une MMN de latence plus tardive que celle mesurée dans le groupe d’adultes. En revanche, en réponse aux stimuli non verbaux, seulement le groupe d’enfants de 3 à 7 ans a démontré une MMN de latence plus tardive que le groupe d’adulte. Les processus de discrimination verbaux semblent donc se développer plus tardivement dans l’enfance que les processus de discrimination non verbaux. Dans la deuxième étude, nous visions à d’identifier les marqueurs prédictifs de déficits attentionnels et langagiers pouvant découler d’une naissance prématurée à l’aide des PEAs et de la MMN. Nous avons utilisé le même protocole auprès de 74 enfants âgés de 3, 12 et 36 mois, nés prématurément (avant 34 semaines de gestation) ou nés à terme (au moins 37 semaines de gestation). Les résultats ont révélé que les enfants nés prématurément de tous les âges démontraient un délai significatif dans la latence de la réponse MMN et de la P150 par rapport aux enfants nés à terme lors de la présentation des sons verbaux. De plus, les latences plus tardives de la MMN et de la P150 étaient également corrélées à des performances langagières plus faibles lors d’une évaluation neurodéveloppementale. Toutefois, aucune différence n’a été observée entre les enfants nés à terme ou prématurément lors de la discrimination des stimuli non verbaux, suggérant des capacités préattentionnelles auditives préservées chez les enfants prématurés. Dans l’ensemble, les résultats de cette thèse indiquent que les processus préattentionnels auditifs se développent plus tôt dans l'enfance que ceux associés à la discrimination langagière. Les réseaux neuronaux impliqués dans la discrimination verbale sont encore immatures à la fin de l'enfance. De plus, ceux-ci semblent être particulièrement vulnérables aux impacts physiologiques liés à la prématurité. L’utilisation des PEAs et de la MMN en réponse aux stimuli verbaux en bas âge peut fournir des marqueurs prédictifs des difficultés langagières fréquemment observées chez l’enfant prématuré.

Managing atypical and typical herpetic central nervous system infections: results of a multinational study

There have been many studies pertaining to the management of herpetic meningoencephalitis (HME), but the majority of them have focussed on virologically unconfirmed cases or included only small sample sizes. We have conducted a multicentre study aimed at providing management strategies for HME. Overall, 501 adult patients with PCR-proven HME were included retrospectively from 35 referral centres in 10 countries; 496 patients were found to be eligible for the analysis. Cerebrospinal fluid (CSF) analysis using a PCR assay yielded herpes simplex virus (HSV)-1 DNA in 351 patients (70.8%), HSV-2 DNA in 83 patients (16.7%) and undefined HSV DNA type in 62 patients (12.5%). A total of 379 patients (76.4%) had at least one of the specified characteristics of encephalitis, and we placed these patients into the encephalitis presentation group. The remaining 117 patients (23.6%) had none of these findings, and these patients were placed in the nonencephalitis presentation group. Abnormalities suggestive of encephalitis were detected in magnetic resonance imaging (MRI) in 83.9% of the patients and in electroencephalography (EEG) in 91.0% of patients in the encephalitis presentation group. In the nonencephalitis presentation group, MRI and EEG data were suggestive of encephalitis in 33.3 and 61.9% of patients, respectively. However, the concomitant use of MRI and EEG indicated encephalitis in 96.3 and 87.5% of the cases with and without encephalitic clinical presentation, respectively. Considering the subtle nature of HME, CSF HSV PCR, EEG and MRI data should be collected for all patients with a central nervous system infection.

Epileptic networks are strongly connected with and without the effects of interictal discharges

OBJECTIVE Epilepsy is increasingly considered as the dysfunction of a pathologic neuronal network (epileptic network) rather than a single focal source. We aimed to assess the interactions between the regions that comprise the epileptic network and to investigate their dependence on the occurrence of interictal epileptiform discharges (IEDs). METHODS We analyzed resting state simultaneous electroencephalography-functional magnetic resonance imaging (EEG-fMRI) recordings in 10 patients with drug-resistant focal epilepsy with multifocal IED-related blood oxygen level-dependent (BOLD) responses and a maximum t-value in the IED field. We computed functional connectivity (FC) maps of the epileptic network using two types of seed: (1) a 10-mm diameter sphere centered in the global maximum of IED-related BOLD map, and (2) the independent component with highest correlation to the IED-related BOLD map, named epileptic component. For both approaches, we compared FC maps before and after regressing out the effect of IEDs in terms of maximum and mean t-values and percentage of map overlap. RESULTS Maximum and mean FC maps t-values were significantly lower after regressing out IEDs at the group level (p < 0.01). Overlap extent was 85% ± 12% and 87% ± 12% when the seed was the 10-mm diameter sphere and the epileptic component, respectively. SIGNIFICANCE Regions involved in a specific epileptic network show coherent BOLD fluctuations independent of scalp EEG IEDs. FC topography and strength is largely preserved by removing the IED effect. This could represent a signature of a sustained pathologic network with contribution from epileptic activity invisible to the scalp EEG.

Évaluation électrophysiologique auditive et examen du langage et de l’attention chez l’enfant né prématurément et l’enfant né à terme

L’objectif de cette thèse est l’étude du développement de l’attention auditive et des capacités de discrimination langagière chez l’enfant né prématurément ou à terme. Les derniers mois de grossesse sont particulièrement importants pour le développement cérébral de l’enfant et les conséquences d’une naissance prématurée sur le développement peuvent être considérables. Les enfants nés prématurément sont plus à risque de développer une variété de troubles neurodéveloppementaux que les enfants nés à terme. Même en l’absence de dommages cérébraux visibles, de nombreux enfants nés avant terme sont à risque de présenter des troubles tels que des retards langagiers ou des difficultés attentionnelles. Dans cette thèse, nous proposons donc une méthode d’investigation des processus préattentionnels auditifs et de discrimination langagière, à l’aide de l’électrophysiologie à haute densité et des potentiels évoqués auditifs (PEAs). Deux études ont été réalisées. La première visait à mettre sur pied un protocole d’évaluation de l’attention auditive et de la discrimination langagière chez l’enfant en santé, couvrant différents stades de développement (3 à 7 ans, 8 à 13 ans, adultes ; N = 40). Pour ce faire, nous avons analysé la composante de Mismatch Negativity (MMN) évoquée par la présentation de sons verbaux (syllabes /Ba/ et /Da/) et non verbaux (tons synthétisés, Ba : 1578 Hz/2800 Hz ; Da : 1788 Hz/2932 Hz). Les résultats ont révélé des patrons d’activation distincts en fonction de l’âge et du type de stimulus présenté. Chez tous les groupes d’âge, la présentation des stimuli non verbaux a évoqué une MMN de plus grande amplitude et de latence plus rapide que la présentation des stimuli verbaux. De plus, en réponse aux stimuli verbaux, les deux groupes d’enfants (3 à 7 ans, 8 à 13 ans) ont démontré une MMN de latence plus tardive que celle mesurée dans le groupe d’adultes. En revanche, en réponse aux stimuli non verbaux, seulement le groupe d’enfants de 3 à 7 ans a démontré une MMN de latence plus tardive que le groupe d’adulte. Les processus de discrimination verbaux semblent donc se développer plus tardivement dans l’enfance que les processus de discrimination non verbaux. Dans la deuxième étude, nous visions à d’identifier les marqueurs prédictifs de déficits attentionnels et langagiers pouvant découler d’une naissance prématurée à l’aide des PEAs et de la MMN. Nous avons utilisé le même protocole auprès de 74 enfants âgés de 3, 12 et 36 mois, nés prématurément (avant 34 semaines de gestation) ou nés à terme (au moins 37 semaines de gestation). Les résultats ont révélé que les enfants nés prématurément de tous les âges démontraient un délai significatif dans la latence de la réponse MMN et de la P150 par rapport aux enfants nés à terme lors de la présentation des sons verbaux. De plus, les latences plus tardives de la MMN et de la P150 étaient également corrélées à des performances langagières plus faibles lors d’une évaluation neurodéveloppementale. Toutefois, aucune différence n’a été observée entre les enfants nés à terme ou prématurément lors de la discrimination des stimuli non verbaux, suggérant des capacités préattentionnelles auditives préservées chez les enfants prématurés. Dans l’ensemble, les résultats de cette thèse indiquent que les processus préattentionnels auditifs se développent plus tôt dans l'enfance que ceux associés à la discrimination langagière. Les réseaux neuronaux impliqués dans la discrimination verbale sont encore immatures à la fin de l'enfance. De plus, ceux-ci semblent être particulièrement vulnérables aux impacts physiologiques liés à la prématurité. L’utilisation des PEAs et de la MMN en réponse aux stimuli verbaux en bas âge peut fournir des marqueurs prédictifs des difficultés langagières fréquemment observées chez l’enfant prématuré.

Virtual car accidents of epilepsy patients, interictal epileptic activity, and medication.

OBJECTIVE To investigate effects of interictal epileptic activity (IEA) and antiepileptic drugs (AEDs) on reactivity and aspects of the fitness to drive for epilepsy patients. METHODS Forty-six adult patients with demonstration of focal or generalized bursts of IEA in electroencephalography (EEG) readings within 1 year prior to inclusion irrespective of medication performed a car driving computer test or a single light flash test (39 patients performed both). Reaction times (RTs), virtual crashes, or lapses (RT ≥ 1 s in the car or flash test) were measured in an IEA burst-triggered fashion during IEA and compared with RT-measurements during unremarkable EEG findings in the same session. RESULTS IEA prolonged RTs both in the flash and car test (p < 0.001) in individual patients up to 200 ms. Generalized IEA with spike/waves (s/w) had the largest effect on RT prolongation (p < 0.001, both tests), whereas mean RT during normal EEG, age, gender, and number of AEDs had no effect. The car test was better than the flash test in detecting RT prolongations (p = 0.030). IEA increased crashes/lapses >26% in sessions with generalized IEA with s/w. The frequency of IEA-associated RT >1 s exceeded predictions (p < 0.001) based on simple RT shift, suggesting functional impairment beyond progressive RT prolongation by IEA. The number of AEDs correlated with prolonged RTs during normal EEG (p < 0.021) but not with IEA-associated RT prolongation or crashes/lapses. SIGNIFICANCE IEA prolonged RTs to varying extents, dependent on IEA type. IEA-associated RTs >1 s were more frequent than predicted, suggesting beginning cerebral decompensation of visual stimulus processing. AEDs somewhat reduced psychomotor speed, but it was mainly the IEA that contributed to an excess of virtual accidents.

Effects of hours of service regularity of schedules, and cargo loading on truck and bus driver fatigue. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Road tests of alertness variables. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

An electroencephalographic study of the effect of Shechita Slaughter on cortical function in ruminants.

Includes bibliography.

Optimized Decoding for Auditory Attention Detection

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

Comparison of the distributions of classical and adaptively aligned EEG power spectra

The distributions of eyes-closed resting electroencephalography (EEG) power spectra and their residuals were described and compared using classically averaged and adaptively aligned averaged spectra. Four minutes of eyes-closed resting EEG was available from 69 participants. Spectra were calculated with 0.5-Hz resolution and were analyzed at this level. It was shown that power in the individual 0.5 Hz frequency bins can be considered normally distributed when as few as three or four 2-second epochs of EEG are used in the average. A similar result holds for the residuals. Power at the peak Alpha frequency has quite different statistical behaviour to power at other frequencies and it is considered that power at peak Alpha represents a relatively individuated process that is best measured through aligned averaging. Previous analyses of contrasts in upper and lower alpha bands may be explained in terms of the variability or distribution of the peak Alpha frequency itself.

The epileptology of William Aldren Turner

William Aldren Turner (1864-1945), in his day Physician to the National Hospital, Queen Square, and to King's College Hospital, London, was one of the major figures in the world of epileptology in the period between Hughlings Jackson in the latter part of the 19th century and the advent of electroencephalography in the 1930s. Although he also made contributions to knowledge in other areas of neurology, and with Grainger Stewart wrote a competent textbook on that subject, Turner's main professional interest throughout his career seems to have been epilepsy. On the basis of a series of earlier, rather heavily statistical, personal publications dealing with various aspects of the disorder, he authored what became a well-accepted monograph entitled Epilepsy-a study of the idiopathic disorder, which appeared in 1907, and he also gave the 1910 Morison lectures in Edinburgh on the topic. His writings on epilepsy over a period of three decades consolidated knowledge rather than led to significant advances, but helped maintain interest in the disorder during a rather long fallow phase in the development of the understanding of its nature. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.