Le concept de réseau épileptogène dans les épilepsies partielles humaines

Abstract

An anatomical and functional model of drug-resistant partial seizures is presented and discussed based on research conducted by our team over the last decade.

This research is based on the study of intracerebral stereoelectroencephalography (SEEG) recordings in an attempt to identify the neural networks involved in generating paroxystic activities so as to understand their dynamics in space and time, and to propose targeted therapies that could “control” these networks. Today, the classical notion of epileptic focus should be replaced by a more complex model that takes into account the potential interactions within the neuronal networks involved in seizures. During partial epileptic seizures, the cerebral structures involved are the seat of characteristic oscillations that may be synchronized or, on the contrary, that can desynchronize in a transitory manner. These epileptic rhythms disturb the physiological rhythms that underlie the cognitive and emotional processes, which can thus be altered in partial epilepsy, even if located far from the original discharge site.

We suggest that seizures originate in a group of structures that are highly epileptogenic (epileptogenic zone network, [EZN]) whose activity is synchronized before the appearance of fast oscillations that are transitorily desynchronized. Later, other cortical and subcortical structures are the seat of slower, synchronized rhythmic modifications (propagation network, [PN]). The emergence of clinical signs in the seizure depend on these phenomena, which in some cases can mimic a normal cognitive process or, on the contrary, lead to a deep rupture in normal cerebral functioning.

Résumé

Un modèle d’organisation anatomofonctionnelle des crises partielles pharmacorésistantes est présenté et discuté sur la base des travaux effectués depuis une dizaine d’année dans notre équipe.

Ces travaux sont basés sur l’étude des enregistrements stéréo-électro-encéphalographiques (SEEG) intracérébraux et ont pour but d’identifier les réseaux neuraux impliqués dans la génération des activités paroxystiques et d’en comprendre la dynamique spatiale et temporelle. Le but est de proposer à terme des gestes thérapeutiques ciblés susceptibles de « contrôler » ces réseaux. À la notion classique de foyer épileptique, doit être substitué aujourd’hui un modèle plus complexe prenant en compte les interactions potentielles au sein des réseaux neuraux impliqués dans les crises. En effet, au cours des crises épileptiques partielles, les structures cérébrales impliquées sont le siège d’oscillations caractéristiques qui peuvent se synchroniser ou au contraire se désynchroniser transitoirement. Ces rythmes épileptiques perturbent les rythmes physiologiques qui sous-tendent les processus cognitifs et émotionnels qui peuvent ainsi être altérés dans une épilepsie partielle, même à distance du site d’origine de la décharge.

Nous proposons que les crises naissent dans un ensemble de structures hautement épileptogènes (réseau de la zone épileptogène, [RZE]) dont l’activité se synchronise avant l’apparition d’oscillations rapides qui se désynchronisent transitoirement. Dans un deuxième temps d’autres structures corticales et sous-corticales sont le siège de modifications rythmiques plus lentes qui se synchronisent (réseau de propagation, [RP]). L’émergence d’une sémiologie clinique dans la crise dépend de ces phénomènes qui peuvent dans certains cas « mimer » un processus cognitif normal ou au contraire entraîner une rupture profonde dans le fonctionnement cérébral normal.

Introduction

Les épilepsies partielles sont caractérisées par des crises épileptiques naissant d’une région pathologique, hyperexcitable, du cortex cérébral appelée Zone Epileptogène (ZE). Les causes de cette hyperexcitabilité restent encore grandement méconnues dans leurs mécanismes et relèvent d’étiologies diverses, en rapport ou non avec une lésion focale identifiée.

Depuis de nombreuses années, des efforts sont faits pour comprendre l’organisation anatomofonctionnelle de la ZE et, d’une façon plus générale, pour identifier les régions cérébrales impliquées dans les décharges épileptiques.

Cet objectif est, en effet, crucial dans le cadre de la chirurgie de l’épilepsie et dans cette perspective, la localisation dans l’espace cérébral des activités pathologiques caractérisant une épilepsie partielle est fondamentale. Elle constitue l’objectif essentiel du bilan « préchirurgical » (Bartolomei et al., 2002a).

Si dans certains cas les rapports entre la ZE et les fonctions cérébrales normales sont relativement simples à appréhender, il reste évident que de nombreuses inconnues persistent quant à l’organisation anatomique et fonctionnelle de la ZE elle-même et de l’influence, sur le reste des structures cérébrales, de l’activité épileptique qu’elle génère. C’est pourtant là un point crucial pour améliorer le pronostic de la chirurgie et conduire à de nouvelles thérapeutiques.

Les difficultés sont en grande partie liées à la complexité des phénomènes épileptiques dont l’analyse requiert des méthodes possédant des résolutions temporelle et spatiale élevées et capables d’explorer l’espace cérébral dans ses trois dimensions.

La méthode stéréoélectroencéphalographique (SEEG) permet d’aborder directement les structures cérébrales potentiellement impliquées dans les crises (Talairach et al., 1974). Basée sur le recueil des signaux EEG à partir d’électrodes intracérébrales (grâce aux systèmes d’acquisition vidéo-EEG numériques possédant un nombre important de canaux d’enregistrement), elle donne un accès direct aux structures néocorticales comme aux structures plus profondes et permet d’explorer les points clés d’un système fonctionnel avec une résolution temporelle suffisante (de l’ordre de la milliseconde, c’est-à-dire meilleure que celle fournie par les systèmes d’imagerie cérébrale fonctionnelle). C’est sur la base de l’enregistrement simultané de différentes structures cérébrales qu’est né le concept de « réseau épileptogène » sous l’impulsion des travaux de (Bancaud et al., 1970) puis de leurs élèves (Chauvel et al., 1987). Ce concept, qui d’une certaine manière s’oppose à celui plus ancien de « foyer épileptique » (Rosenow et Luders, 2001) est maintenant mieux accepté en épileptologie (Spencer, 2002). En effet, dans les signaux SEEG, il est habituel d’observer qu’une crise partielle met en jeu simultanément plusieurs structures corticales soit à son début, soit dans son évolution temporelle et selon un mode dont la reproductibilité est tout à fait remarquable (Wendling et al., 1997).

Les travaux effectués ces dernières années dans notre groupe ont d’abord eu pour but de valider ce concept en essayant de quantifier les phénomènes observés. Ils ont permis de montrer qu’une épilepsie partielle était caractérisée par un réseau d’ensembles neuraux, distribués dans différentes structures cérébrales, reliés entre eux par des liens privilégiés (anormalement renforcés) et capables de générer des activités électriques anormales qui vont se synchroniser et/ou se désynchroniser transitoirement lors des crises. Ces travaux ont donné lieu au développement de méthodes d’analyse des signaux SEEG susceptibles de renseigner sur la dynamique spatiale et temporelle des activités paroxystiques (intercritiques et critiques). Par exemple, sur les signaux SEEG critiques, l’analyse des rythmes et de leurs transitions fournit des informations sur le décours temporel de la crise alors que l’analyse des corrélations entre voies permet d’appréhender les phénomènes de synchronisation et de désynchronisation et donc d’interpréter les interactions entre les structures impliquées. Ces informations sont ensuite utilisées pour identifier, au moins partiellement, le/les réseaux épileptogènes chez un patient donné et pour comprendre l’organisation de sa ZE, étape cruciale dans la définition du geste chirurgical.

Nous limiterons nos propos ici aux activités critiques, tout en sachant que de tels réseaux peuvent être mis en évidence pour les activités intercritiques (Badier et Chauvel, 1995) (Bourien et al., 2004).