Chez des enfants ayant une épilepsie sévère et une lésion cérébrale étendue, l'ablation fonctionnelle d'un hémisphère représente le traitement le plus efficace. Cette thèse a pour objet les aspects pragmatiques et émotionnels du langage chez 40 enfants ayant bénéficié d'une hémisphérotomie afin d'étudier le développement du langage sur le versant pragmatique et de la compréhension émotionnelle et de mieux comprendre le profil socio-cognitif en fonction du côté opéré et de l'âge de la chirurgie eu égard au concept de spécialisation hémisphérique et de la plasticité cognitive développementale. Nos résultats montrent des troubles de la pragmatique du langage dans 40% des cas. Ces troubles sont notamment observés chez les sujets opérés d'hémisphérotomie droite après l'âge de 18 mois et indépendamment de la compréhension lexicale ou grammaticale du langage. Une corrélation a été mise en évidence entre les troubles de la pragmatique et les fonctions exécutives. Des déficits de reconnaissance des émotions faciales sont également observés dans cette population. Enfin, une longue durée de l'épilepsie et un âge tardif à la chirurgie altèrent la qualité de la compréhension émotionnelle à partir de récits et renforce l'idée qu'une chirurgie précoce améliore le pronostic langagier et socio-cognitif. / Children with medically refractory epilepsy caused by extensive hemispheric lesions are the best candidate for hemispherotomy in order to cure epilepsy. It leads the patient to the amazing situation of living with the one controlateral isolated and safe hemisphere. The topic of this research concerns pragmatic and emotional aspects of language in a large population of 40 hemispherotomized children. Our aim was to study development of language, peculiarly pragmatic skills and emotion comprehension, and analyse their socio-cognitive profile according to side and age at surgery, considering hemispheric specialization and developmental cognitive plasticity. Pragmatic disorders were found in 40% of patients. More frequent pragmatic disorders were observed after right hemispherotomy among children operated after the age of 18 months, independently of lexical or syntactic comprehension. We demonstrated a correlation between pragmatic language impairment and deficits in executive functions. We showed a long term deficit in facial emotion recognition abilities in this population. Finally, the longer was the duration of epilepsy and the later was the surgery, the worst was their emotion comprehension of stories, promoting early surgery to improve their linguistic and socio-cognitive development.

Le néocortex déclenche des activités paroxystiques suite aux lésions cérébrales traumatiques. Avec des blessures cérébrales pénétrantes, la déafférentation s'accompagne d'une longue période silencieuse du cortex atteint, et d'une augmentation des périodes d'hyperpolarisation du néocortex entourant la lésion. L'activité synchrone du réseau neuronal après une période de latence conduirait à l'épileptogenèse. Des tentatives de modifier la nature des crises ont été effectuées à l'aide de modèles animaux. L'une des plus prometteuse étant la chimiogenèse par l'injection des vecteurs viraux afin d'anéantir la réponse de certains récepteurs couplés aux protéines G aux ligands habituels, alors qu'ils réagissent aux médicaments désirés, comme N-oxyde de clozapine. Ces récepteurs appelés « DREADDs » exclusivement activés par ces médicaments ont été étudiés pour réduire le nombre et la sévérité des crises. Selon les résultats non-publiés de notre laboratoire, l'utilisation d'un DREADD excitateur près de «undercut» serait antiépileptogène. Nous pensons qu'une excitation ciblée pourrait optimiser l'effet antiépileptogène. L'excitation est directement liée aux neurones transduits. Nous postulons qu'une transduction optimale des neurones pourrait être atteinte par un dosage optimisé du virus injecté, tant au titre viral qu'au volume injecté. Pour prouver notre hypothèse nous avons utilisé trois différentes titrations de AAV2/8 et injecté différents volumes de ces titrations aux souris. Le volume de transfection corticale et le nombre des neurones transduits ont été quantifiés. Avec la titration E11gc/ml aucune transfection n'a été observée. Avec la titration E12gc/ml une corrélation quasi-linéaire a été observée entre le volume viral injecté, et le volume cortical transfecté, ainsi que le nombre de neurones transduits. Avec la titration E13gc/ml, une meilleure corrélation a été observée à la transduction neuronale qu'à la transfection corticale, par rapport au volume viral injecté. En conclusion, la titration E12gc/ml paraît être un meilleur choix pour nos futures études, la fiabilité de la titration E13gc/ml n'ayant pas été démontrée. / The neocortex is the origin of paroxysmal activities that occur after traumatic brain injuries. In penetrating brain injuries, deafferentation causes long silent periods in affected cortex and increased hyperpolarization period in neocortical tissue around the injury. The synchronous neural network activity after a latent period may lead to epileptogenesis. Some attempts to alter seizures were done using animal models. One of the most promising involves chemogenetic tools via AAV viral vector injection to make some G protein-coupled receptors unresponsive to their natural ligands, and activated by the desired drug, such as clozapine-N-oxide. These designer receptors exclusively activated by designer drugs (DREADDs) have been studied in reducing the numbers and severity of seizures. According to unpublished works in our lab, using excitatory DREADDs in the vicinity of undercut was antiepileptogenic. We believe there could be an optimal level of excitation for yielding an optimal antiepileptogenic response. This excitation is in direct relation with neurons transfected. We hypothesize that the optimal neuronal transduction might be achieved with optimal dosage of virus delivered, in terms of viral titration and the volume of virus injected. To test this, we used three different titrations of AAV2/8 and we injected different volumes of these titrations in adult mice. Cortical transfection volume and number of neuronal transductions were estimated. With E11gc/ml titration, no transfection was visible. With E12gc/ml titration, an almost linear correlation was observed between the volume of virus injected and the number of neurons transduced and the cortical volume of transfection. With E13gc/ml titration the correlation between the injected AAV volume and the number of neuronal transductions was still good but there was a poor correlation between AAV volume and transfection volume. We concluded that E12gc/ml titration was a more reliable option for our further studies. The reliability of E13gc/ml titration needs to be proven.

La ligne directrice de nos expériences a été l'hypothèse que l'apparition et/ou la persistance des fluctuations de longue durée entre les états silencieux et actifs dans les réseaux néocorticaux et une excitabilité neuronale modifiée sont les facteurs principaux de l'épileptogenèse, menant aux crises d’épilepsie avec expression comportementale. Nous avons testé cette hypothèse dans deux modèles expérimentaux différents. La déafférentation corticale chronique a essayé de répliquer la déafférentation physiologique du neocortex observée pendant le sommeil à ondes lentes. Dans ces conditions, caractérisées par une diminution de la pression synaptique et par une incidence augmentée de périodes silencieuses dans le système cortico-thalamique, le processus de plasticité homéostatique augmente l’excitabilité neuronale. Par conséquent, le cortex a oscillé entre des périodes actives et silencieuses et, également, a développé des activités hyper-synchrones, s'étendant de l’hyperexcitabilité cellulaire à l'épileptogenèse focale et à des crises épileptiques généralisées. Le modèle de stimulation sous-liminale chronique (« kindling ») du cortex cérébral a été employé afin d'imposer au réseau cortical une charge synaptique supérieure à celle existante pendant les états actifs naturels - état de veille ou sommeil paradoxal (REM). Dans ces conditions un mécanisme différent de plasticité qui s’est exprimé dans le système thalamo-corticale a imposé pour des longues périodes de temps des oscillations continuelles entre les époques actives et silencieuses, que nous avons appelées des activités paroxysmiques persistantes. Indépendamment du mécanisme sous-jacent de l'épileptogenèse les crises d’épilepsie ont montré certaines caractéristiques similaires : une altération dans l’excitabilité neuronale mise en évidence par une incidence accrue des décharges neuronales de type bouffée, une tendance constante vers la généralisation, une propagation de plus en plus rapide, une synchronie augmentée au cours du temps, et une modulation par les états de vigilance (facilitation pendant le sommeil à ondes lentes et barrage pendant le sommeil REM). Les états silencieux, hyper-polarisés, de neurones corticaux favorisent l'apparition des bouffées de potentiels d’action en réponse aux événements synaptiques, et l'influence post-synaptique d'une bouffée de potentiels d’action est beaucoup plus importante par rapport à l’impacte d’un seul potentiel d’action. Nous avons également apporté des évidences que les neurones néocorticaux de type FRB sont capables à répondre avec des bouffées de potentiels d’action pendant les phases hyper-polarisées de l'oscillation lente, propriété qui peut jouer un rôle très important dans l’analyse de l’information dans le cerveau normal et dans l'épileptogenèse. Finalement, nous avons rapporté un troisième mécanisme de plasticité dans les réseaux corticaux après les crises d’épilepsie - une diminution d’amplitude des potentiels post-synaptiques excitatrices évoquées par la stimulation corticale après les crises - qui peut être un des facteurs responsables des déficits comportementaux observés chez les patients épileptiques. Nous concluons que la transition incessante entre des états actifs et silencieux dans les circuits cortico-thalamiques induits par disfacilitation (sommeil à ondes lentes), déafférentation corticale (épisodes ictales à 4-Hz) ou par une stimulation sous-liminale chronique (activités paroxysmiques persistantes) crée des circonstances favorables pour le développement de l'épileptogenèse. En plus, l'augmentation de l’incidence des bouffées de potentiels d’actions induisant une excitation post-synaptique anormalement forte, change l'équilibre entre l'excitation et l'inhibition vers une supra-excitation menant a l’apparition des crises d’épilepsie. / The guiding line in our experiments was the hypothesis that the occurrence and / or the persistence of long-lasting fluctuations between silent and active states in the neocortical networks, together with a modified neuronal excitability are the key factors of epileptogenesis, leading to behavioral seizures. We addressed this hypothesis in two different experimental models. The chronic cortical deafferentation replicated the physiological deafferentation of the neocortex observed during slow-wave sleep (SWS). Under these conditions of decreased synaptic input and increased incidence of silent periods in the corticothalamic system the process of homeostatic plasticity up-regulated cortical cellular and network mechanisms and leaded to an increased excitability. Therefore, the deafferented cortex was able to oscillate between active and silent epochs for long periods of time and, furthermore, to develop highly synchronized activities, ranging from cellular hyperexcitability to focal epileptogenesis and generalized seizures. The kindling model was used in order to impose to the cortical network a synaptic drive superior to the one naturally occurring during the active states - wake or rapid eye movements (REM) sleep. Under these conditions a different plasticity mechanism occurring in the thalamo-cortical system imposed long-lasting oscillatory pattern between active and silent epochs, which we called outlasting activities. Independently of the mechanism of epileptogenesis seizures showed some analogous characteristics: alteration of the neuronal firing pattern with increased bursts probability, a constant tendency toward generalization, faster propagation and increased synchrony over the time, and modulation by the state of vigilance (overt during SWS and completely abolished during REM sleep). Silent, hyperpolarized, states of cortical neurons favor the induction of burst firing in response to depolarizing inputs, and the postsynaptic influence of a burst is much stronger as compared to a single spike. Furthermore, we brought evidences that a particular type of neocortical neurons - fast rhythmic bursting (FRB) class - is capable to consistently respond with bursts during the hyperpolarized phase of the slow oscillation, fact that may play a very important role in both normal brain processing and in epileptogenesis. Finally, we reported a third plastic mechanism in the cortical network following seizures - a decreasing amplitude of cortically evoked excitatory post-synaptic potentials (EPSP) following seizures - which may be one of the factors responsible for the behavioral deficits observed in patients with epilepsy. We conclude that incessant transitions between active and silent states in cortico-thalamic circuits induced either by disfacilitation (sleep), cortical deafferentation (4-Hz ictal episodes) and by kindling (outlasting activities) create favorable circumstances for epileptogenesis. The increase in burst-firing, which further induce abnormally strong postsynaptic excitation, shifts the balance of excitation and inhibition toward overexcitation leading to the onset of seizures.

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Des preuves cumulatives soutiennent le rôle de l'insula dans la régulation autonomique cardiaque et son dysfonctionnement pourrait être impliqué dans la physiopathologie de la mort subite et inexpliquée en épilepsie (MSIE –SUDEP en anglais). La variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) est un outil simple et fiable pour évaluer la fonction autonomique; il est également considéré comme un prédicteur potentiel de la tachycardie ventriculaire et de la mort subite chez les patients après un infarctus du myocarde. Au cours des deux dernières décennies, la VFC a suscité beaucoup d'intérêt dans le monde de l'épilepsie. Toutefois, même si plusieurs études ont tenté d'évaluer les changements de VFC dans différentes formes d'épilepsie, les résultats ont été hétérogènes voire paradoxaux de sorte que son utilité en tant que marqueur de la MSIE est loin d’être concluant. Notons que la majorité des études ont porté sur l’épilepsie temporale. Aucune étude n’a étudié les changements de la fonction autonomique cardiaque dans l'épilepsie insulo-operculaire (EIO). Il est encore incertain si une chirurgie d’épilepsie insulaire peut accélérer la dysfonction autonomique inhérente. Dans cette étude, nous visons à étudier les changements de la VFC interictale chez les patients avec EIO. Nous avons en outre évalué l'effet de la chirurgie insulo-operculaire sur ces modifications de la VFC. Quatorze patients avec une EIO et un bon résultat post-chirurgie insulo-operculaire (Engel I-II) ont été recrutés pour cette étude. Quatorze patients appariés pour l'âge et le sexe atteints d'épilepsie du lobe temporal (ELT) et exempts de crise après une lobectomie temporale antérieure et 28 individus en bonne santé appariés selon l'âge et le sexe ont également été identifiés pour les besoins de l’étude. La VFC dans le domaine temporel RMSSD (root mean square of successive RR interval differences, pNN50 (percentage of successive RR intervals that differ by more than 50ms) et le domaine fréquentiel LF (low frequency) et HF (high frequency) ont été étudiés dans les périodes préopératoire et postopératoire (6-204 mois). La VFC avant la chirurgie des patients épileptiques fut calculée à partir des enregistrements EKG obtenus simultanément aux enregistrements vidéo-EEGs effectués dans le cadre de leur évaluation préchirurgicale. La VFC après la chirurgie fut calculée chez tous les patients et les sujets sains à partir d’un EKG de repos d'une durée d’une heure au laboratoire. Le score d’inventaire des risques de MSIE (le score SUDEP-7) a été calculé à partir des données cliniques obtenues dans le dossier médical de chaque patient. Les résultats n'ont montré aucune différence statistiquement significative dans toutes les mesures de VFC entre les groupes de patients avec EIO, de patients avec ELT avant la chirurgie et de sujets sains. Chez les patients avec EIO, le score SUDEP-7 variant de 1 à 6 (moyenne de 2,9; SD :1,2) était positivement corrélé avec le pNN50 (r = 0,671; p = 0,009 et Ln (RMSSD) (r = 0,591; p = 0,026). En postopératoire, les mesures de la VFC n'étaient pas statistiquement différentes des valeurs préopératoires ou de celles des témoins. Nous avons mené une analyse exploratoire dans laquelle nous avons stratifié les patients avec EIO en deux sous-groupes : un premier groupe (1a) dont les valeurs préopératoires de Ln (RMSSD) étaient inférieures à 3,52 (valeur moyenne de notre échantillon sain) et un second groupe (1b) dont les valeurs préopératoires étaient au-dessus. En préopératoire, dans le groupe 1a, toutes les valeurs du domaine temporel et fréquentiel (LnRMSSD, pNN50, LnLF et LnHF) étaient significativement inférieures à celles du groupe témoin (p <0,01), tandis que dans le groupe 1b, seules les valeurs du domaine temporel (LnRMSSD et pNN50) étaient significativement plus élevées que ceux du groupe témoin (p <0,01). Dans les deux groupes, les valeurs de la VFC avaient tendance à se normaliser après l'opération. En revanche, la lobectomie temporale antérieure des patients avec ELT n'a pas modifié les valeurs de HRV. Ces résultats préliminaires suggèrent que dans les EIO réfractaires, la VFC peut être soit diminuée au niveau du tonus sympathique et parasympathique, soit augmentée au niveau du tonus parasympathique. L'augmentation du tonus parasympathique est possiblement inquiétante puisqu’elle était corrélée positivement avec le score SUDEP-7. Une operculo-insulectomie n'a pas affecté négativement la VFC; au contraire, une chirurgie réussie semble entraîner une certaine ‘normalisation’ de l’HRV. Une confirmation avec un échantillon plus grand est nécessaire. / Cumulative evidence supports the role of the insula in cardiac autonomic regulation whose dysfunction may be involved in the pathophysiology of sudden unexpected death in epilepsy (SUDEP). Heart rate variability (HRV) is a simple and reliable tool to assess autonomic function; it is even considered a potential predictor of ventricular tachycardia and sudden death in patients after myocardial infarction. Over the last two decades, heart rate variability (HRV) has also received much interest in epilepsy research. Several studies have tried to assess HRV changes in different epilepsy types but the results have been heterogeneous and sometimes contradictory; its role as a marker of SUDEP remains uncertain. Of note, most studies involved TLE patients and TLE surgeries; none have looked at HRV changes in insulo-opercular epilepsy (IOE) and how insular resection can affect autonomic function. In this study, we aimed to investigate changes in interictal HRV in IOE. We further evaluated the effect of insulo-opercular surgery on these HRV changes. Fourteen IOE patients who had a good outcome (Engel I-II) after an insulo-opercular surgery were enrolled in this study. Fourteen age- and sex-matched patients with temporal lobe epilepsy (TLE) who were seizure-free after temporal lobectomy and 28 age- and sex-matched healthy individuals were also included. HRV measurements including time domain root mean square of successive RR interval differences (RMSSD) and percentage of successive RR intervals that differ by more than 50ms (pNN50) and frequency domain low-frequency (LF) and high-frequency (HF) parameters were carried out in pre- and post-operative periods (6-204 months). Presurgical HRV values for epileptic patients were calculated using EKG obtained simultaneously with video-EEG recordings during the presurgical evaluation. HRV of healthy individuals and post-surgical HRV from all operated epileptic patients were calculated from a 1-hour resting electrocardiogram at the laboratory. We also collected the patients’ presurgical data to calculate the SUDEP-7 risk inventory score. Findings showed no statistically significant differences in all HRV measurements between groups of IOE patients, TLE patients before the surgery, and healthy controls. In IOE patients, the SUDEP-7 score ranged from 1 to 6 (mean 2,9; SD: 1,6) and was positively correlated with pNN50 (r=0,671; p<0,009) and LnRMSSD (r=0,591; p<0,026). Postoperatively, HRV measurements were not statistically different from either preoperative values or those of controls. We conducted exploratory analyses where we stratified IOE patients into those whose preoperative LnRMSSD values were below (Group 1a) versus above (Group 1b) a cut-off threshold of 3,52 (mean value of our healthy sample). Preoperatively, in Group 1a, all time and frequency domain values (LnRMSSD, pNN50, LnLF, and LnHF) were significantly lower than those of controls (p<0,01) while in Group 1b, only time-domain values (LnRMSSD and pNN50) were significantly higher than those of control subjects (p<0,01). In both groups, HRV values tended to normalize postoperatively. In contrast, anterior temporal lobectomy for TLE patients did not alter HRV values. Our preliminary results suggest that in refractory IOE, HRV may be either decreased globally in sympathetic and parasympathetic tones or increased in parasympathetic tone. The increase in parasympathetic tone observed preoperatively may be of clinical concern as it was positively correlated with the SUDEP-7 score. The insulo-opercular resection did not affect the HRV; successful surgery might even have a good impact on HRV changes. Confirmation with a larger sample size is necessary.

Les médecins et les biologistes de l'époque classique, qu'il s'agisse des Hippocratiques ou d'Aristote, décrivent et expliquent les altérations du raisonnement d'un point de vue physiologique et tentent d¤établir une typologie des troubles qui affectent la psukhè et les phrenes en distinguant diverses pathologies spécifiques telles que la mania, l'épilepsie et la mélancolie. Méthode et raisonnement tendent vers la rationalité, ils peuvent paraître en opposition avec le discours platonicien et les descriptions du théâtre tragique qui attribuent une origine divine aux troubles de la raison. Chez Platon, la mania, qu'elle soit érotique, poétique, mantique ou télestique est présentée comme un bienfait pour les personnes qui en sont atteintes, tandis que dans la tragédie, les troubles de la raison sont décrits comme une altération des phrenes et associés à la souffrance et à la destruction. Ces ensembles documentaires soulignent que la « folie » est polymorphe et qu'il n'existe pas de représentation unifiée du délire. Cependant, entre eux, des accords existent dans les domaines de la description des symptômes de certaines affections, notamment de la mania, comme du vocabulaire employé pour dire les troubles de la raison. Il semble que ces discours soient issus d¤une base de croyances communes dont ils développent un aspect spécifique, nous permettant ainsi de restituer une représentation de la « folie » ordinaire, représentation certes incomplète et imparfaite, mais qui tente d¤être la plus proche possible des réalités socioculturelles et des mentalités de cette l¤époque

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. / Genetic generalized epilepsy (GGE) syndrome is a group of epilepsy disorders that occur early in childhood and adolescence. Genetics generalized epilepsies (GGE) account for approximately 30 % of all epilepsy syndromes. There is currently no cure for GGE. Although patients with GGE typically have no anatomical brain abnormalities, the root cause of these conditions is considered to be genetic in origin. An increasing number of genes predisposing to epilepsy have been identified over the past ten years. It has emerged in many cases that the causative genes for inherited epilepsies code for ion-channels such as the GABAA receptor (GABAAR). Among these genes, mutations in four subunits of the GABAA receptor appear to be an important cause of familial epilepsy. The main aim of the present thesis is to better characterize the genetic component of our GGE cohort explain by GABRA genes and evaluated the critical role of these variants in the pathogenesis of this phenotype. The first part of our project was to investigate the impact of rare variants of GABAAR in GGE, we screened the coding regions of 19 genes encoding for all the known subunits of the GABAAR in unrelated GGE patients, including familial cases. Overall, approximately 8% of our GGE individuals have novel GABRA mutations, including 19 missenses and 3 nonsenses including 1 frameshift mutation. By sequencing those genes in a large cohort of cases and controls, we were able to establish the profile of rare variants for these genes. Our data suggest that a significant proportion of GGE patients share rare variants in GABRA genes. The second part of the work builds on the genes bearing mutations identified in the sequencing analysis. Among this group, five novel mutations have been so far associated to this syndrome (GABRA1 and GABRG2). We characterized the gating properties of GABA-evoked currents and the subcellular localization of the mutated subunits by expressing recombinant GABAA receptors in vitro. The third part of the work aimed to characterize the impact of mutated GABAA receptors on synapse formation and development of neuronal networks. By knocking down these genes in cortical organotypic slices, we provided a better understanding of the specific and distinct neural circuit alterations caused by different GABRA1 mutations and help define the pathophysiology of genetic generalized epilepsy syndromes. We believe that these findings will allow a better understanding of the genetic mechanisms underlying the disease and involve mutations in GABAA receptors in critical mechanisms leading to epilepsy. Eventually, our results could lead to a better diagnosis and counteract the devastating effects of some GGEs early on before this complex condition has had the opportunity to be established.

Chez un patient épileptique, aucun examen ne permet la délimitation exacte de la zone épileptogène (ZE) qui est définie par la zone corticale nécessaire à la genèse des crises. Dans les épilepsies du lobe temporal (ELT), près d’un tiers des patients ne sont pas libres de crises après la chirurgie en dépit d’un bilan préopératoire concluant. La tomographie par émission de positons (TEP) au [18F]MPPF permet la mise en évidence de zones d’hypofixation qui sont, à l’échelle du groupe, corrélées à l’épileptogénicité du parenchyme cérébral. Afin d’évaluer la validité de la TEP au [18F]MPPF pour identifier la ZE au plan individuel, tout d'abord nous avons comparé l’analyse visuelle et statistique par SPM de la TEP au [18F]FDG à la TEP au [18F]MPPF en termes de sensibilité et de spécificité chez 42 patients souffrant d’une ELT en cours de bilan préchirurgical. Dans une seconde étude nous avons développé une méthode d’analyse statistique d’un index d’asymétrie (IA) de la fixation du [18F]MPPF [BPND] et comparé les rendements de cette nouvelle approche à l’analyse standard SPM des images TEP en utilisant deux seuils statistiques différents (p< 0,05, corrigé au niveau du voxel et p< 0,05, corrigé au niveau du cluster) chez 24 patients opérés et guéris de leur ELT. Dans une troisième étude nous avons évalué, au niveau du groupe, l’influence d’un état dépressif sur le BPND du [18F]MPPF chez 24 patients souffrant d’une ELT. Ces trois études ont permis les conclusions suivantes : i) dans des conditions d’analyse identiques, La TEP au [18F]MPPF est supérieure au [18F]FDG pour identifier le lobe épileptogène chez des patients souffrant d’une ELT, ii) L’analyse de l’IA, avec un seuil à p< 0,05 corrigé au niveau du cluster, est la meilleure technique d’analyse de la TEP au [18F]MPPF et permet l’identification de la ZE avec une sensibilité de 96% et une spécificité de 88% dans l’ELT, iii) A l’échelle du groupe, un état dépressif est responsable d’une augmentation du BPND du [18F]MPPF dans les noyaux du raphé et l’insula controlatérale à la ZE. / In patients suffering from epilepsy, no neuroimaging method has proved able to delineate the epileptogenic zone (EZ), which is defined by the area of cortex required to generate the epileptic seizures. About one third of patient suffering from temporal lobe epilepsies (TLE) are not seizure free after surgery after removal of the cortical area supposed to included the EZ according to the presurgical evaluation. Data from previous studies carried out in our departement suggested that decreases of the [18F]MPPF binding potential (BPND) correlated, at the group level, with cortical epileptogenicity. Our aim was to validate the relevance of [18F]MPPF PET at the individual level for identifying the EZ in TLE. In a first study, the [18F]MPPF PET of 42 patients suffering from TLE were visually and statistically analyzed and compared with [18F]FDG PET, which were performed in the same group of patients during their presurgical evaluation. In a second study, we developed a voxel based analysis of asymmetry index (AI) of [18F]MPPF binding and compared the sensibility and specificity of this method to those of conventional SPM analysis of [18F]MPPF PET data. This second study was carried out in 24 patients, who have been operated and remained seizure-free after surgery. Two statistical thresholds (p< 0.05 corrected at the voxel level and p< 0.05 corrected at the cluster level) were used for each method. In a last study, the correlation between the depressive symptoms and the BPND of [18F]MPPF was studied in 24 patients suffering from TLE. These three studies lead to the following conclusions: i) [18F]MPPF PET is more performant than [18F]FDG PET for identifying the epileptogenic lobe in patients suffering from TLE, ii) AI analysis with a statistical threshold of p< 0.05 corrected at the cluster is the method of analysis of [18F]MPPF PET that allowed EZ identification with the best sensitivity [96%] and specificity [88%] in TLE, iii) at the group level, depressive symptoms positively correlate with an increase of the BPND of [18F]MPPF BPND within the raphe nuclei and the insula controlateral to the EZ.

Un traitement possible de l'épilepsie partielle pharmaco-résistante consiste en l'exérèse de la région cérébrale responsable des crises. La difficulté est de localiser cette zone et d'en définir l'étendue. L'objectif de cette thèse est d'apporter des données permettant de préciser la localisation et le volume des régions pathologiques, en exploitant deux modalités : l'imagerie TEP (Tomographie par Emission de Positons) et l'EEGHR (EEG Haute Résolution : signaux cérébraux recueillis sur le scalp avec un nombre important d'électrodes et une fréquence d'échantillonnage élevée). En imagerie TEP, il s'agit de segmenter les zones d'hypométabolisme qui sont liées aux régions responsables des crises. Des méthodes de comparaisons statistiques à l'aide d'outils de type SPM (Statistical Parametric Mapping) entre les images TEP de sujets pathologiques et de sujets sains ont été appliquées, en effectuant des tests d'hypothèse voxel à voxel entre les différentes images. Pour pouvoir être comparées à une population de référence, les différentes images ont subi des transformations non linéaires afin que chaque voxel corresponde à la même région anatomique chez tous les sujets. Deux algorithmes ont été appliqués : une méthode SPM classique et une méthode Block-Matching. Les résultats sont comparés par analyse subjective clinique et également sur des données simulées. En ce qui concerne l'EEG-HR, la localisation spatiale et temporelle de sources d'événements intercritiques (pointes et ondes lentes) a été réalisée par résolution du problème inverse. Ceci a permis de localiser les sources électriques intracérébrales d'intérêt qui sont à l'origine des signaux acquis sur le scalp. Enfin, une représentation des données multimodales (images TEP et signaux EEG-HR) dans un même référentiel a permis d'accroître les connaissances sur les relations existant entre les activités électriques et métaboliques et ainsi de mieux définir les régions épileptogènes / A possible treatment for drug-resistant partial epilepsy involves the resection of the brain region which generates crisis. The difficulty is to locate this area and to determine its extent. The objective of this thesis is to provide data to specify the location and the volume of pathological regions, using two modalities: PET (Positron Emission Tomography) imaging and HR-EEG (High-Resolution EEG: brain signals collected on the scalp with a large number of electrodes and a high sampling rate). In PET imaging, hypometabolic areas associated with regions generating seizures have to be segmented. Statistical comparisons methods using tools such as SPM (Statistical Parametric Mapping) between images of pathological and healthy subjects have been applied. Voxelwise statistical analyses between the different images were thus used to highlight the hypometabolic areas. For comparison with a reference population, nonlinear transformations were applied to the images so that each voxel corresponds to the same anatomical region in every subject. Two algorithms were applied: a conventional SPM method and a Block-Matching method. The results were compared by subjective clinical analysis and also on simulated data. Regarding the HR-EEG, the spatial and temporal source localizations of interictal events (spikes and slow waveforms) were done by solving the inverse problem. This allowed to localize intracerebral electrical sources generating the signals acquired on the scalp. Finally, a representation in the same space of multimodal data (PET images and HR-EEG) allowed to increase the knowledge on the relationship between electrical and metabolic activities and to better define the epileptogenic regions

Les canaux calciques neuronaux activés par la dépolarisation membranaire<br />contrôlent diverses fonctions cellulaires telles que l'excitabilité neuronale et la<br />transmission synaptique. Les canaux calciques sont formés d'une sous-unité principale<br />Cav associée à 3 sous-unités régulatrices (b, a2d et g). La sous-unité auxiliaire Cavb joue<br />un rôle crucial dans la régulation des propriétés biophysiques du canal et dans l'adressage<br />membranaire de la sous-unité Cav. Chez l'homme, un isoforme de cette sous-unité Cavb4<br />est l'objet de mutations qui conduisent à des phénotypes épileptiques. L'une de ces<br />mutations est une délétion d'une partie du domaine carboxy-terminal de Cavb4 (R482X).<br />Les efforts effectués pour comprendre les mécanismes cellulaires du phénotype<br />épileptique des patients concernés n'ont pas encore aboutit à des explications probantes.<br />Ainsi, le phénotype neurologique ne semble pas lié à une altération de l'activité du canal,<br />mais plus vraisemblablement à des fonctions cellulaires inconnues de Cavb4.<br />Ma thèse porte sur la caractérisation des déterminants moléculaires et cellulaires<br />du mutant humain R482X impliqué dans le phénotype neurologique des patients qui<br />portent la mutation. Etant donné que l'épilepsie implique essentiellement les neurones du<br />lobe temporal, je me suis particulièrement intéressée à l'étude des fonctions et de la<br />localisation de Cavb4 dans les neurones d'hippocampe. Dans ces cellules, une<br />translocation de la sous-unité Cavb4 du cytoplasme vers le noyau est notée au cours de la<br />différenciation neuronale. Cette translocation est dépendante de l'intégrité structurale de<br />la sous-unité Cavb4, elle est perdue dans le cas de la mutation R482X. La perte du<br />fragment carboxy-terminal conduit à une altération de la structure de Cavb4 suite à la<br />rupture de l'interaction intramoléculaire entre les deux domaines conservés, au sein de la<br />protéine native. Dans les neurones d'hippocampe, cette déstructuration empêche la<br />localisation nucléaire de la protéine mutante. Etant donné que la sous-unité Cavb4 ne<br />possède aucun signal d'adressage nucléaire, la technique du double hybride a été réalisée<br />afin de déterminer les partenaires protéiques capables d'adresser la sous-unité Cavb4 vers<br />le noyau. Parmi les trois protéines criblées qui interagissent spécifiquement avec Cavb4 et<br />pas avec le mutant, une est capable d'adresser Cavb4 dans le noyau alors que l'autre la<br />retient dans le cytoplasme. Afin d'étudier l'effet de la localisation nucléaire de la sousunité<br />Cavb4 sur la régulation génique, une étude transcriptomique a été réalisée. La sousunité<br />Cavb4 montre un effet répressif sur l'expression génique. Cette répression est<br />inversée dans le cas du mutant incapable de s'adresser vers le noyau des neurones. Parmi<br />ces gènes, plusieurs sont des candidats potentiels pour expliquer l'altération d'activités<br />neuronaux impliquée dans le phénotype épileptique.<br />Enfin, l'absence de l'adressage nucléaire de la sous-unité Cavb4 mutante (R482X)<br />due à la déformation de sa structure native, altèrerait la régulation transcriptionnelle des<br />gènes, qui serait à la base du phénotype épileptique des patients qui portent cette<br />mutation.