Étude des divergences dans les niveaux corticaux pendant le début et la propagation des crises d’épilepsie

L’épilepsie est une maladie du système nerveux qui affecte sévèrement la qualité de vie des patients, touchant environ 1 % de la population mondiale. Parmi tous les patients épileptiques, près d’un tiers des cas ne répondent pas aux traitements médicamenteux, ce qu’on appelle l’épilepsie pharmacorésistante. Pour cette partie des patients, la méthode de traitement la plus efficace consiste souvent à enlever ou à détruire la zone de commencement des crises (Ictal or seizure onset zone) par une chirurgie, soit la région du cerveau responsable de la génération et de la propagation des crises épileptiques. Donc, localiser avec précision la zone de commencement des crises est crucial pour le succès de la chirurgie épileptique. Malgré des décennies de recherche, les scientifiques n’ont pas encore complètement compris les mécanismes spontanés des crises d’épilepsie chez l’homme et leur propagation aux niveaux des microcircuits neuronaux.

Contexte et motivation de la recherche

Les mécanismes de début et de propagation des crises d’épilepsie restent une énigme en neurosciences. Les recherches traditionnelles se sont principalement concentrées sur l’utilisation des électrodes intracrâniennes pour enregistrer les crises d’épilepsie sur de longues périodes, en surveillant les potentiels locaux du champ cérébral ainsi que l’activité d’un large réseau de neurones pour identifier le réseau pathologique. Récemment, les nouvelles directions de recherche sur les microcircuits des crises d’épilepsie attirent de plus en plus d’attention.

La principale motivation de cette recherche est qu’en dépit des connaissances cruciales fournies par les études existantes sur les réseaux neuronaux de grande ampleur concernant l’activité pathologique de l’épilepsie, il manque encore une compréhension approfondie du rôle des cellules et des éléments des petits circuits dans la génération et la propagation des crises. Grâce au progrès technique, il est désormais possible de capter l’activité des neurones individuels ou de petits groupes de neurones avec de nouvelles électrodes, notamment les électrodes stratifiées qui peuvent pénétrer les couches de matière grise pour enregistrer l’activité neuronale dans différentes zones du cortex. En conséquence, cette étude vise à faire des avancées significatives dans la compréhension des mécanismes de génération et de propagation des crises d’épilepsie en utilisant des électrodes stratifiées.

Source de l’article

Cet article de recherche a été co-écrit par Pierre Bourdillon, Liankun Ren, Mila Halgren et d’autres chercheurs. Les auteurs proviennent de plusieurs institutions de recherche renommées, notamment Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School (USA), Hospital Foundation Adolphe de Rothschild (France), Xuanwu Hospital, National Center for Neurological Disorders (Chine), etc. Cet article a été publié dans la revue Nature Communications le 10 mai 2024.

Processus de recherche et conception expérimentale

Dans cette étude, les auteurs ont utilisé des microélectrodes stratifiées pour enregistrer les crises d’épilepsie de 10 patients, accumulant les données de 30 crises. Les données issues des électrodes placées dans les zones de départ et de propagation des crises ont été minutieusement analysées, révélant la participation spécifique des différents niveaux corticaux pendant les crises.

a) Détail du processus de recherche

1. Sélection des patients et implantation des électrodes : L’étude a sélectionné 10 patients souffrant d’épilepsie focale réfractaire (2 femmes, 8 hommes), ayant subi des enregistrements vidéo-EEG (électroencéphalogramme) comme partie de l’évaluation préopératoire. Les patients provenaient de Massachusetts General Hospital and Brigham and Women’s Hospital, New York University Medical Center et National Institute of Clinical Neurosciences.

2. Enregistrements et localisation des crises d’épilepsie : 30 crises d’épilepsie ont été enregistrées au total, avec 5 des 17 électrodes stratifiées situées dans la zone de début des crises. Les crises ont été identifiées en utilisant la mesure des potentiels de champ local (LFP) et des activités multiunitaires (MUA), permettant de distinguer les zones de départ des crises et les zones de propagation.

3. Traitement des données et analyse CSD : Les données des potentiels de champ local de chaque patient ont été prétraitées. L’analyse de la densité de courant source (CSD) a été utilisée pour mesurer les données et déterminer la direction du flux des décharges épileptiques dans les différents niveaux corticaux, avec une analyse spatiotemporelle de l’évolution.

4. Analyse MUA : En plus des LFP, l’analyse des données d’activités multiunitaires a été réalisée pour examiner l’activité des neurones dans les différents niveaux corticaux.

5. Analyse de composantes indépendantes (ICA) : L’ICA a été utilisée pour dissocier les modèles de CSD révèlant les modes de génération des décharges épileptiques et analysant leurs changements dynamiques au cours des crises.

b) Principaux résultats

1. Résultats de la mesure CSD : Les décharges dans la zone de début des crises se produisent principalement dans la couche granulaire et dans la sous-couche granulaire, tandis que dans la zone de propagation, les décharges se concentrent principalement dans la couche supragranulaire. Durant les crises, le modèle de décharge de la zone de début est fixé dans les couches granulaire et sous-couche granulaire, mais les décharges de la zone de propagation s’étendent avec le temps aux couches corticales plus profondes.

2. Évolution des modèles MUA : Au stade initial des crises, les décharges neuronales de la zone de début se concentrent principalement dans la couche granulaire profonde, mais au fur et à mesure que les crises progressent, cette activité ne s’étend pas aux couches supragranulaires, illustrant le rôle crucial des couches profondes dans les crises.

3. Mécanismes de propagation des crises : Les décharges de la zone de propagation s’activent initialement dans la couche supragranulaire, mais avec le temps, l’activité neuronale de la zone de propagation s’étend progressivement aux couches corticales plus profondes, montrant un processus de propagation complexe.

c) Conclusion et valeur de la recherche

Grâce aux enregistrements des microélectrodes stratifiées, cette étude a révélé que les couches granulaire et sous-couche granulaire jouent un rôle central dans le début des crises d’épilepsie, tandis que la couche supragranulaire est cruciale pour la propagation des crises. Cela apporte une nouvelle perspective pour comprendre les microcircuits corticaux impliqués dans les crises épileptiques.

1. Importance scientifique : Les résultats de la recherche fournissent de nouveaux aperçus sur l’implication des microcircuits corticaux dans les crises d’épilepsie, aidant à créer de nouveaux modèles pour expliquer les mécanismes physiopathologiques de l’épilepsie.

2. Valeur appliquée : Les résultats de la recherche peuvent être utilisés pour améliorer les méthodes de localisation des zones de début des crises, fournissant des indications pour les chirurgies épileptiques et aidant au développement de nouvelles techniques de modulation neuronale aptes à interrompre la génération et la propagation des crises.

d) Points forts de la recherche

1. Méthode expérimentale unique : L’utilisation d’électrodes stratifiées pour enregistrer l’activité cortex multi-niveaux offre une nouvelle perspective de données pour la recherche épileptique.

2. Analyse détaillée des résultats : L’analyse CSD et MUA a permis de montrer en détail les changements dynamiques des différents niveaux corticaux pendant les crises, dévoilant les rôles spécifiques des microcircuits corticaux dans les crises épileptiques.

3. Applicabilité générale et directions de recherche future : Les résultats de la recherche sont non seulement d’une grande importance pour la compréhension de l’épilepsie focale réfractaire, mais fournissent également une référence méthodologique pour la recherche sur d’autres types d’épilepsie et des maladies du système nerveux similaires.

Grâce à cette étude, non seulement nous avons acquis une compréhension plus approfondie des mécanismes des crises épileptiques, mais également nous avons fourni des bases théoriques et un support technique pour les futures stratégies de traitement.