Studying Memory Encoding to Promote Reliable Engagement of the Medial Temporal Lobe at the Single-subject Level

The medial temporal lobe (MTL)-comprising hippocampus and the surrounding neocortical regions-is a targeted brain area sensitive to several neurological diseases. Although functional magnetic resonance imaging (fMRI) has been widely used to assess brain functional abnormalities, detecting MTL activation has been technically challenging. The aim of our study was to provide an fMRI paradigm that reliably activates MTL regions at the individual level, thus providing a useful tool for future research in clinical memory-related studies. Twenty young healthy adults underwent an event-related fMRI study consisting of three encoding conditions: word-pairs, face-name associations and complex visual scenes. A region-of-interest analysis at the individual level comparing novel and repeated stimuli independently for each task was performed. The results of this analysis yielded activations in the hippocampal and parahippocampal regions in most of the participants. Specifically, 95% and 100% of participants showed significant activations in the left hippocampus during the face-name encoding and in the right parahippocampus, respectively, during scene encoding. Additionally, a whole brain analysis, also comparing novel versus repeated stimuli at the group level, showed mainly left frontal activation during the word task. In this group analysis, the face-name association engaged the HP and fusiform gyri bilaterally, along with the left inferior frontal gyrus, and the complex visual scenes activated mainly the parahippocampus and hippocampus bilaterally. In sum, our task design represents a rapid and reliable manner to study and explore MTL activity at the individual level, thus providing a useful tool for future research in clinical memory-related fMRI studies.

Decreased left temporal lobe volume of panic patients measured by magnetic resonance imaging

Reported neuroimaging studies have shown functional and morphological changes of temporal lobe structures in panic patients, but only one used a volumetric method. The aim of the present study was to determine the volume of temporal lobe structures in patients with panic disorder, measured by magnetic resonance imaging. Eleven panic patients and eleven controls matched for age, sex, handedness, socioeconomic status and years of education participated in the study. The mean volume of the left temporal lobe of panic patients was 9% smaller than that of controls (t21 = 2.37, P = 0.028). In addition, there was a trend (P values between 0.05 and 0.10) to smaller volumes of the right temporal lobe (7%, t21 = 1.99, P = 0.06), right amygdala (8%, t21 = 1.83, P = 0.08), left amygdala (5%, t21 = 1.78, P = 0.09) and left hippocampus (9%, t21 = 1.93, P = 0.07) in panic patients compared to controls. There was a positive correlation between left hippocampal volume and duration of panic disorder (r = 0.67, P = 0.025), with recent cases showing more reduction than older cases. The present results show that panic patients have a decreased volume of the left temporal lobe and indicate the presence of volumetric abnormalities of temporal lobe structures.

Abnormalities of hippocampal signal intensity in patients with familial mesial temporal lobe epilepsy

Mesial temporal lobe epilepsy (MTLE) is associated with hippocampal atrophy and hippocampal signal abnormalities. In our series of familial MTLE (FMTLE), we found a high proportion of hippocampal abnormalities. To quantify signal abnormalities in patients with FMTLE we studied 152 individuals (46 of them asymptomatic) with FMTLE. We used NIH-Image® for volumetry and signal quantification in coronal T1 inversion recovery and T2 for all cross-sections of the hippocampus. Values diverging by 2 or more SD from the control mean were considered abnormal. T2 hippocampal signal abnormalities were found in 52% of all individuals: 54% of affected subjects and 48% of asymptomatic subjects. T1 hippocampal signal changes were found in 34% of all individuals: 42.5% of affected subjects and 15% of asymptomatic subjects. Analysis of the hippocampal head (first three slices) revealed T2 abnormalities in 73% of all individuals (74% of affected subjects and 72% of asymptomatic subjects) and T1 abnormalities in 59% (67% of affected subjects and 41% of asymptomatic subjects). Affected individuals had smaller volumes than controls (P < 0.0001). There was no difference in hippocampal volumes between asymptomatic subjects and controls, although 39% of asymptomatic patients had hippocampal atrophy. Patients with an abnormal hippocampal signal (133 individuals) had smaller ipsilateral volume, but no linear correlation could be determined. Hippocampal signal abnormalities in FMTLE were more frequently found in the hippocampal head in both affected and asymptomatic family members, including those with normal volumes. These results indicate that subtle abnormalities leading to an abnormal hippocampal signal in FMTLE are not necessarily related to seizures and may be determined by genetic factors.

EEG spike source localization before and after surgery for temporal lobe epilepsy: a BOLD EEG-fMRI and independent component analysis study

Simultaneous measurements of EEG-functional magnetic resonance imaging (fMRI) combine the high temporal resolution of EEG with the distinctive spatial resolution of fMRI. The purpose of this EEG-fMRI study was to search for hemodynamic responses (blood oxygen level-dependent - BOLD responses) associated with interictal activity in a case of right mesial temporal lobe epilepsy before and after a successful selective amygdalohippocampectomy. Therefore, the study found the epileptogenic source by this noninvasive imaging technique and compared the results after removing the atrophied hippocampus. Additionally, the present study investigated the effectiveness of two different ways of localizing epileptiform spike sources, i.e., BOLD contrast and independent component analysis dipole model, by comparing their respective outcomes to the resected epileptogenic region. Our findings suggested a right hippocampus induction of the large interictal activity in the left hemisphere. Although almost a quarter of the dipoles were found near the right hippocampus region, dipole modeling resulted in a widespread distribution, making EEG analysis too weak to precisely determine by itself the source localization even by a sophisticated method of analysis such as independent component analysis. On the other hand, the combined EEG-fMRI technique made it possible to highlight the epileptogenic foci quite efficiently.

Du Pronostic de l'épilepsie et du traitement de cette maladie par le valérianate d'atropine, fragment d'un mémoire lu devant l'Académie impériale de médecine, par le Dr Michéa,... précédé d'un extrait du rapport de l'Académie sur ce mémoire

Comprend : Académie impériale de médecine. (Séance du 22 janvier 1856.) Extrait du Rapport fait par M. Jolly... sur un travail de M. le Dr Michéa ayant pour titre : "De l'Application des principes actifs de la valériane et de la belladone dans le traitement de quelques affections convulsives"

Investigation des circuits neuronaux de la lecture à l’aide de la spectroscopie près du spectre de l’infrarouge

Pour la plupart des gens, la lecture est une activité automatique, inhérente à leur vie quotidienne et ne demandant que peu d’effort. Chez les individus souffrant d’épilepsie réflexe à la lecture, le simple fait de lire déclenche des crises épileptiques et les personnes doivent alors renoncer à la lecture. Les facteurs responsables du déclenchement de l’activité épileptique dans l’épilepsie réflexe à la lecture demeurent encore mal définis. Certains auteurs suggèrent que le nombre ainsi que la localisation des pointes épileptiques seraient en lien avec la voie de lecture impliquée. Des études en imagerie cérébrale, menées auprès de populations sans trouble neurologique, ont dévoilé que la lecture active un réseau étendu incluant les cortex frontaux, temporo-pariétaux et occipito-temporaux bilatéralement avec des différences dans les patrons d’activation pour les voies de lecture lexicale et phonologique. La majorité des études ont eu recours à des tâches de lecture silencieuse qui ne permettent pas d'évaluer la performance des participants. Dans la première étude de cette thèse, qui porte sur une étude de cas d'un patient avec épilepsie réflexe à la lecture, nous avons déterminé les tâches langagières et les caractéristiques des stimuli qui influencent l'activité épileptique. Les résultats ont confirmé que la lecture était la principale tâche responsable du déclenchement de l’activité épileptique chez ce patient. En particulier, la fréquence des pointes épileptiques était significativement plus élevée lorsque le patient avait recours au processus de conversion grapho-phonémique. Les enregistrements électroencéphalographiques (EEG) ont révélé que les pointes épileptiques étaient localisées dans le gyrus précentral gauche, indépendamment de la voie de lecture. La seconde étude avait comme objectif de valider un protocole de lecture à voix haute ayant recours à la spectroscopie près du spectre de l’infrarouge (SPIR) pour investiguer les circuits neuronaux qui sous-tendent la lecture chez les normo-lecteurs. Douze participants neurologiquement sains ont lu à voix haute des mots irréguliers et des non-mots lors d’enregistrements en SPIR. Les résultats ont montré que la lecture des deux types de stimuli impliquait des régions cérébrales bilatérales communes incluant le gyrus frontal inférieur, le gyrus prémoteur et moteur, le cortex somatosensoriel associatif, le gyrus temporal moyen et supérieur, le gyrus supramarginal, le gyrus angulaire et le cortex visuel. Les concentrations totales d’hémoglobine (HbT) dans les gyri frontaux inférieurs bilatéraux étaient plus élevées dans la lecture des non-mots que dans celle des mots irréguliers. Ce résultat suggère que le gyrus frontal inférieur joue un rôle dans la conversion grapho-phonémique, qui caractérise la voie de lecture phonologique. Cette étude a confirmé le potentiel de la SPIR pour l’investigation des corrélats neuronaux des deux voies de lecture. Une des retombées importantes de cette thèse consiste en l’utilisation du protocole de lecture en SPIR pour investiguer les troubles de la lecture. Ces investigations pourraient aider à mieux établir les liens entre le fonctionnement cérébral et la lecture dans les dyslexies développementales et acquises.

Apport de nouvelles techniques dans l’évaluation de patients candidats à une chirurgie d’épilepsie : résonance magnétique à haut champ, spectroscopie proche infrarouge et magnétoencéphalographie

L'épilepsie constitue le désordre neurologique le plus fréquent après les maladies cérébrovasculaires. Bien que le contrôle des crises se fasse généralement au moyen d'anticonvulsivants, environ 30 % des patients y sont réfractaires. Pour ceux-ci, la chirurgie de l'épilepsie s'avère une option intéressante, surtout si l’imagerie par résonance magnétique (IRM) cérébrale révèle une lésion épileptogène bien délimitée. Malheureusement, près du quart des épilepsies partielles réfractaires sont dites « non lésionnelles ». Chez ces patients avec une IRM négative, la délimitation de la zone épileptogène doit alors reposer sur la mise en commun des données cliniques, électrophysiologiques (EEG de surface ou intracrânien) et fonctionnelles (tomographie à émission monophotonique ou de positrons). La faible résolution spatiale et/ou temporelle de ces outils de localisation se traduit par un taux de succès chirurgical décevant. Dans le cadre de cette thèse, nous avons exploré le potentiel de trois nouvelles techniques pouvant améliorer la localisation du foyer épileptique chez les patients avec épilepsie focale réfractaire considérés candidats potentiels à une chirurgie d’épilepsie : l’IRM à haut champ, la spectroscopie proche infrarouge (SPIR) et la magnétoencéphalographie (MEG). Dans une première étude, nous avons évalué si l’IRM de haut champ à 3 Tesla (T), présentant théoriquement un rapport signal sur bruit plus élevé que l’IRM conventionnelle à 1,5 T, pouvait permettre la détection des lésions épileptogènes subtiles qui auraient été manquées par cette dernière. Malheureusement, l’IRM 3 T n’a permis de détecter qu’un faible nombre de lésions épileptogènes supplémentaires (5,6 %) d’où la nécessité d’explorer d’autres techniques. Dans les seconde et troisième études, nous avons examiné le potentiel de la SPIR pour localiser le foyer épileptique en analysant le comportement hémodynamique au cours de crises temporales et frontales. Ces études ont montré que les crises sont associées à une augmentation significative de l’hémoglobine oxygénée (HbO) et l’hémoglobine totale au niveau de la région épileptique. Bien qu’une activation contralatérale en image miroir puisse être observée sur la majorité des crises, la latéralisation du foyer était possible dans la plupart des cas. Une augmentation surprenante de l’hémoglobine désoxygénée a parfois pu être observée suggérant qu’une hypoxie puisse survenir même lors de courtes crises focales. Dans la quatrième et dernière étude, nous avons évalué l’apport de la MEG dans l’évaluation des patients avec épilepsie focale réfractaire considérés candidats potentiels à une chirurgie. Il s’est avéré que les localisations de sources des pointes épileptiques interictales par la MEG ont eu un impact majeur sur le plan de traitement chez plus des deux tiers des sujets ainsi que sur le devenir postchirurgical au niveau du contrôle des crises.

Criblage génétique et caractérisation fonctionnelle des mutations dans les différentes sous-unités du récepteur GABAA associées à l'épilepsie génétique généralisée

Les épilepsies génétiques généralisées (ÉGGs) sont un groupe de syndromes épileptiques hétérogènes qui se manifestent habituellement durant les périodes de l’enfance et de l’adolescence. Les ÉGGs représentent 30% de toutes les épilepsies. Il n’existe présentement aucun remède à l’épilepsie génétique généralisée. Au sein de ce groupe d’épilepsies, les sujets sont le plus souvent dépourvus de lésions cérébrales, ce qui signifie que les facteurs génétiques jouent un rôle important dans l’étiologie de la maladie. Au cours des dernières années, plusieurs gènes impliqués dans des formes familiales d’ÉGG ont été identifiés. La majorité d'entre elles codent pour des canaux ioniques incluant le récepteur-ligand GABAA (RGABAA). De ce groupe, des mutations ont été identifiées dans quatre sous-unités du récepteur GABAA. Dans un premier temps, l’objectif général de cette thèse vise l’évaluation de la composante génétique de notre cohorte d’ÉGG expliquée par les gènes codant pour les sous-unités du récepteur GABAA. Puis, dans un second souffle, le rôle des variants identifiés est défini et analysé afin de mieux cerner leurs impacts dans la pathogénèse de ce phénotype. La première partie du projet consiste en une analyse exhaustive des mutations existantes dans la partie codante des 19 gènes GABRA pour des patients atteints d’ÉGG. En criblant des familles québécoises avec ÉGG, nous avons identifié 22 variants rares incluant 19 faux-sens et 3 non-sens dans 14 sous-unités du RGABAA. En séquençant ces gènes dans une grande cohorte de cas et de contrôles, nous avons établi le profil des variations rares pour ceux-ci. Ces données suggèrent qu’une proportion significative (8%) des patients atteints d’ÉGG ont des variants rares sur les gènes du RGABAA. La deuxième partie porte directement sur certains gènes identifiés lors de la première partie. De ce groupe, cinq nouvelles mutations ont été découvertes dans des gènes déjà associés à l’épilepsie (GABRA1 et GABRG2). Nous avons constaté l’impact de ces mutations dans les mécanismes génétiques de l’épilepsie, en mesurant les effets des variants sur la structure et la fonction du récepteur GABAA. La troisième partie se concentre sur notre hypothèse, voulant que les RGABAA mutants altèrent l’effet du GABA durant le développement du système nerveux central (SNC). L’objectif principal vise à déterminer la contribution relative de chacune des sous-unités mutées dans le développement du SNC. Ainsi, nous avons démontré qu’une telle perte de fonction a un impact significatif sur le développement des synapses GABAergiques et glutamatergiques ainsi que sur la plasticité des circuits corticaux. Nos résultats nous ont permis de préciser comment les mutations dans les gènes GABRA peuvent mener à l’ÉGG. Éventuellement, la caractérisation moléculaire de ces mutations contribuera à l’élaboration de nouveaux outils diagnostiques et facilitera la mise au point de traitements mieux ciblés pour les gens atteints de cette condition neurologique chronique.

L'épilepsie bénigne à pointes centrotemporales : investigation cognitive et études en imagerie fonctionnelle et structurelle.

L’épilepsie bénigne à pointes centrotemporales (EPCT) est la forme la plus fréquente des épilepsies idiopathiques chez l’enfant (Fastenau et al., 2009). Le pronostic de ces patients est bon, notamment en raison de la rémission spontanée de cette épilepsie à l’adolescence; toutefois plusieurs études suggèrent la présence de troubles cognitifs et de spécificités neuroanatomiques. Il n’existe pas actuellement de consensus sur les liens entre leurs troubles cognitifs et leurs particularités neuroanatomiques et neurofonctionnelles. Dans cette thèse, notre but est de préciser le profil des enfants ayant une épilepsie bénigne à pointes centro-temporales, en investiguant les caractéristiques des patients à plusieurs niveaux: cognitif, fonctionnel, structurel. La thèse est composée de quatre articles, dont deux articles empiriques. Notre premier article a pour objectif de recenser les difficultés cognitives et affectives rapportées par les études s’intéressant aux caractéristiques des enfants ayant une épilepsie bénigne. Bien qu’une certaine variabilité soit retrouvée dans la littérature, cette revue démontre qu’une histoire d’épilepsie, même bénigne, peut être un facteur de risque pour le développement cognitif et socio-affectif des enfants. Notre revue de littérature a indiqué des troubles particuliers du langage chez ces enfants, mais aucune étude n’avait auparavant investigué spécifiquement la compréhension de lecture chez les enfants ayant une EPCT, une compétence essentielle dans le cheminement scolaire des enfants. Ainsi, nous avons développé une tâche novatrice de compréhension de lecture de phrases en imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf), adaptée à la population pédiatrique. Dans notre second article, nous avons validé cette tâche auprès d’enfants sains et nous avons mis en évidence une mobilisation des régions cérébrales généralement engagées dans des tâches langagières chez l’enfant sain, y compris les régions impliquées dans le traitement sémantique (Berl et al., 2010; Blumenfeld, Booth et Burman, 2006). Le troisième article de cette thèse rapporte notre investigation du réseau cérébral activé durant cette nouvelle tâche de compréhension de lecture de phrases en IRMf chez les enfants ayant une EPCT. Nos résultats suggèrent que ces derniers ont recours à l’activation d’un réseau cérébral plus large, présentant des similarités avec celui retrouvé chez les enfants dyslexiques. Par ailleurs, l’activation du striatum gauche, structure généralement associée à la réalisation de processus cognitifs complexes est uniquement retrouvée chez les enfants épileptiques. Étant donné que les enfants ayant une EPCT obtiennent des performances à la tâche d’IRMf équivalentes à celles des enfants sains, il est possible d’émettre l’hypothèse que ces différences d’activations cérébrales soient adaptatives. L’étude des relations entre les résultats neuropsychologiques, la performance à la tâche et les activations cérébrales a mis en évidence des prédicteurs différents entre les deux groupes d’enfants, suggérant qu’ils ne s’appuient pas exactement sur les mêmes processus cognitifs pour réussir la tâche. De plus, nous avons réalisé un travail d’intégration des diverses méthodologies utilisées dans les études en imagerie pondérée en diffusion chez l’enfant épileptique, ce qui constitue le quatrième article de cette thèse. Nous rapportons les diverses applications de cette méthode dans la caractérisation des anomalies structurelles subtiles de la matière blanche chez les enfants épileptiques en général. Les différentes méthodologies employées, les enjeux, et les biais potentiels relatifs aux traitements des données de diffusion y sont discutés. Enfin, pour mieux comprendre l’origine et les marqueurs de cette épilepsie, nous avons étudié les spécificités structurelles des cerveaux des enfants ayant une EPCT à l’aide d’analyses sur les données d’imagerie par résonnance magnétique. Aucune différence n’a été mise en évidence au niveau de la matière grise entre les cerveaux d’enfants sains et ceux ayant une EPCT. À l’inverse, nous rapportons des différences subtiles au niveau de la matière blanche dans notre population d’enfants épileptiques, avec une diminution de l’anisotropie fractionnelle (FA) au niveau temporal inférieur/moyen de l’hémisphère gauche, ainsi que dans l’hémisphère droit dans les régions frontales moyennes et occipitales inférieures. Ces résultats suggèrent la présence d’altérations de la matière blanche subtiles et diffuses dans le cerveau des enfants ayant une EPCT et concordent avec ceux d’autres études récentes (Ciumas et al., 2014).

GABAA and GABAI Receptor Subunits Gene Expression and their Functional Role in Pilocarpine Induced Temporal Lobe Epilepsy

The research work which was carried out to characterization of wastes from natural rubber and rubber wood processing industries and their utilization for biomethanation. Environmental contamination is an inevitable consequence of human activity. The liquid and solid wastes from natural rubber based industries were: characterized and their use for the production of biogas investigated with a view to conserve conventional energy, and to mitigate environmental degradation.Rubber tree (flevea brasiliensis Muell. Arg.), is the most important commercial source of natural rubber and in india. Recently, pollution from the rubber processing factories has become very serious due to the introduction of modern methods and centralized group processing practices.The possibility of the use of spent slurry as organic manure is discussed.l0 percent level of PSD, the activity of cellulolytic, acid producing,proteolytic, lipolytic and methanogenic bacteria were more in the middle stage of methanogenesis.the liquid wastes from rubber processing used as diluents in combination with PSD, SPE promoted more biogas production with high methane content in the gas.The factors that favour methane production like TS, VS, cellulose and hemicellulose degradation were favoured in this treatment which led to higher methane biogenesis.The results further highlight ways and means to use agricultural wastes as alternative sources of energy.

Cannabidiol exerts anti-convulsant effects in animal models of temporal lobe and partial seizures

Cannabis sativa has been associated with contradictory effects upon seizure states despite its medicinal use by numerous people with epilepsy. We have recently shown that the phytocannabinoid cannabidiol (CBD) reduces seizure severity and lethality in the well-established in vivo model of pentylenetetrazoleinduced generalised seizures, suggesting that earlier, small-scale clinical trials examining CBD effects in people with epilepsy warrant renewed attention. Here, we report the effects of pure CBD (1, 10 and 100 mg/kg) in two other established rodent seizure models, the acute pilocarpine model of temporal lobe seizure and the penicillin model of partial seizure. Seizure activity was video recorded and scored offline using model-specific seizure severity scales. In the pilocarpine model CBD (all doses) significantly reduced the percentage of animals experiencing the most severe seizures. In the penicillin model, CBD (�10 mg/kg) significantly decreased the percentage mortality as a result of seizures; CBD (all doses) also decreased the percentage of animals experiencing the most severe tonic–clonic seizures. These results extend the anticonvulsant profile of CBD; when combined with a reported absence of psychoactive effects, this evidence strongly supports CBD as a therapeutic candidate for a diverse range of human epilepsies.

Reactive oxygen species generated by NADPH oxidase are involved in neurodegeneration in the pilocarpine model of temporal lobe epilepsy

Reactive oxygen species (ROS) appear to be involved in several neurodegenerative disorders. We tested the hypothesis that oxidative stress could have a role in the hippocampal neurodegeneration observed in temporal lobe epilepsy induced by pilocarpine. We first determined the spatio-temporal pattern of ROS generation, by means of detection with dihydroethidium oxidation, in the CA1 and CA3 areas and the dentate gyrus of the dorsal hippocampus during status epilepticus induced by pilocarpine. Fluoro-Jade B assays were also performed to detect degenerating neurons. ROS generation was increased in CA1, CA3 and the dentate gyrus after pilocarpine-induced seizures, which was accompanied by marked cell death. Treatment of rats with a NADPH oxidase inhibitor (apocynin) for 7 days prior to induction of status epilepticus was effective in decreasing both ROS production (by an average of 20%) and neurodegeneration (by an average of 61%). These results suggest an involvement of ROS generated by NADPH oxidase in neuronal death in the pilocarpine model of epilepsy. (C) 2010 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Probabilistic ictal EEG sources and temporal lobe epilepsy surgical outcome

Objective - For patients with medication refractory medial temporal lobe epilepsy (MTLE), surgery offers the hope of a cure. However, up to 30% of patients with MTLE continue to experience disabling seizures after surgery. The reasons why some patients do not achieve seizure freedom are poorly understood. A promising theory suggests that epileptogenic networks are broadly distributed in surgically refractory MTLE, involving regions beyond the medial temporal lobe. In this retrospective study, we aimed to investigate the distribution of epileptogenic networks in MTLE using Bayesian distributed EEG source analysis from preoperative ictal onset recordings. This analysis has the advantage of generating maps of source probability, which can be subjected to voxel-based statistical analyses.Methods - We compared 10 patients who achieved post-surgical seizure freedom with 10 patients who continued experiencing seizures after surgery. Voxel-based Wilcoxon tests were employed with correction for multiple comparisons.Results - We observed that ictal EEG source intensities were significantly more likely to occur in lateral temporal and posterior medial temporal regions in patients with continued seizures post-surgery.Conclusions - Our findings support the theory of broader spatial distribution of epileptogenic networks at seizure onset in patients with surgically refractory MTLE.