Induction de crises focales utilisant une stimulation cérébrale profonde via des champs électriques interférant temporellement

Focal seizure induction using deep brain stimulation via temporally interfering electric fields

• Auteur / Autrice : Evgeniia Rusina
• Direction : Yuri Zilberter, Adam J. Williamson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie santé. Neurosciences
• Date : Soutenance le 09/04/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Mary Donahue
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Adam J. Williamson
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Brian Litt, Lyle Muller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hippocampe (anatomie)

Cerveau

Stimulation électrique

Épilepsie

Mots clés libres

Epilepsie

Stimulation cérébrale électrique

Localisation des crises

Epilepsy

Electrical brain stimulation

Seizure localization

Résumé

Chez les patients atteints d’épilepsie focale pharmaco-résistante, la stimulation électrique intracrânienne est utilisée lors de la localisation des zones épileptogènes et des réseaux pathologiques associés. Les tissus stimulés électriquement génèrent des oscillations de gammes bêta et gamma appelées décharges rapides qui indiquent une zone épileptogène. Cependant, il existe des limites à la stimulation intracrânienne comme l’emplacement fixe des électrodes et leur nombre implantées, laissant de nombreuses régions du cerveau inexplorées. Cette thèse présente une technique alternative qui repose exclusivement sur des électrodes de surface non pénétrante, permettant l’application de champs électriques à interférence temporelle (TI) mais aussi avec orientation réglable. Le but est de cibler le CA3 de l’hippocampe chez la souris qui évoque de manière focalisée des événements de type crise (SLE) ayant les fréquences caractéristiques des décharges rapides mais sans la nécessité des électrodes implantées. L’orientation des électrodes par rapport à celle de l’hippocampe contrôle fortement le seuil d’évocation des SLE. Une analyse dépendante de l’orientation des électrodes classiques implantées pour évoquer les SLE dans l’hippocampe est ensuite utilisée pour étayer les résultats des champs à interférence temporelle mini-invasive. Les principes de la stimulation TI à orientation réglable que l’on voit ici peuvent être ainsi applicables à un large éventail d’autres tissus et régions cérébrales excitables. Ceci permettrait de surmonter les limitations des électrodes fixes qui pénètrent dans les tissus mais aussi celles d’autres méthodes de stimulation non invasives dans l’épilepsie.

In patients with focal drug-resistant epilepsy, intracranial electrical stimulation is frequently used for the seizure onset zones localization and related pathological networks. The ability of electrically stimulated tissue to generate beta and gamma range oscillations, called rapid-discharges, is a frequent indication of an epileptogenic zone. However, a limit of intracranial stimulation is the fixed physical location and number of implanted electrodes, leaving numerous clinically and functionally relevant brain regions unexplored. In this thesis, I present and describe an alternative technique relying exclusively on non-penetrating surface electrodes, namely an orientation-tunable form of temporally-interfering (TI) electric fields to target the CA3 of the mouse hippocampus which focally evokes seizure-like events (SLEs) having the characteristic frequencies of rapid-discharges, but without the necessity of the implanted electrodes. The orientation of the electrodes with respect to the orientation of the hippocampus is demonstrated to strongly control the threshold for evoking SLEs. An orientation-dependent analysis of classic implanted electrodes to evoke SLEs in the hippocampus is subsequently utilized to support the results of the minimally-invasive temporally-interfering fields. The principles of orientation-tunable TI stimulation seen here can be generally applicable in a wide range of other excitable tissues and brain regions, overcoming several limitations of fixed electrodes which penetrate tissue and overcoming several limitations of other noninvasive stimulation methods in epilepsy, such as transcranial magnetic stimulation (TMS).