Les objectifs de ce programme de recherche étaient, d’une part, d’apporter une compréhension critique des techniques non-invasives utilisées dans la localisation et/ou la latéralisation des aires langagières et mnésiques en tenant compte de leurs avantages, de leurs limites propres ainsi que de leur pertinence dans un contexte clinique. D’autre part, d’approfondir notre compréhension de l’organisation cérébrale langagière auprès d’une population de sujets ayant une agénésie du corps calleux en utilisant un protocole de neuroimagerie. Afin de répondre à notre premier objectif, une revue critique de la littérature des méthodes de neuroimagerie utilisées pour la latéralisation et la localisation des aires cérébrales sous-tendant le traitement langagier et mnésique dans le contexte du bilan préchirurgical des patients épileptiques a été effectuée. Ce travail a permis d’identifier que certaines de ces nouvelles techniques et plus spécialement leur combinaison, montrent un potentiel réel dans ce contexte clinique. Cette recherche a également permis de mettre en lumière que ces méthodes ont encore un grand besoin d’être raffinées et standardisées avant d’être utilisées comme remplacement au test à l’amobarbital intracarotidien dans un contexte clinique sécuritaire. Afin de répondre à notre deuxième objectif, nous avons exploré les patrons de latéralisation du langage auprès de six sujets acalleux en utilisant un protocle d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Les résultats indiquent que les individus ayant une agénésie du corps calleux montrent un patron d’activation cérébrale tout aussi latéralisé que nos deux groupes contrôles (QI apparié et QI élevé) lors du traitement du langage réceptif. Les sujets ayant une agénésie du corps calleux montrent également un patron de latéralisation comparable à leur groupe contrôle apparié pour le QI pour la tâche de langage expressif. Lorsque l’on compare les sujets ayant une agénésie du corps calleux au groupe contrôle de QI élevé, ces derniers montrent une latéralisation moins marquée uniquement pour la région frontale lors de la tâche de langage expressif. En conclusion, les résultats de cette étude ne supportent pas l’affirmation que le corps calleux jouerait un rôle inhibiteur essentiel afin de permettre un développement normal de la latéralisation hémisphérique pour le langage. / The goals of this research program were, on the one end, to bring a critical understanding of the non invasive techniques used for the localisation and lateralisation of language and memory functions taking into account their respective advantages, limits and relevance in a patient care context. On the other end, we wanted to deepen our understanding of cerebral language organization in the context of the study of acallosal subjects. To meet our first objective, we performed a comprehensive review of the litterature of neuroimaging methods used in language and memory lateralisation and localisation in the context of presurgical assessment of epileptic patients. In this work, we pointed out that some of these new methodologies and moreover their combinations show an interesting potential for the use in a clinical context. We also pointed out that these methods still need to be refined and standardised before replacing the intracarotid amobarbital test in a safe clinical setting. To meet our second objective, we explored patterns of language lateralization in six individuals with callosal agenesis using a functional magnetic resonance imaging (fMRI) protocol. No differences were found between language lateralization of subjects with agenesis of the corpus callosum and the control groups (High-IQ and IQ-matched) in the receptive speech task. However, for expressive speech, the groups differed with respect to frontal activations, with the acallosal participants showing a more bilateral pattern of activation than the high-IQ participants only. No differences were found in themporal regions. Overall, these results indicate that the corpus callosum is not essential for the establishment of lateralized language functions.

L'imagerie en tenseur de diffusion (DTI) permet de fournir un complément d'informations quantitatives au niveau tissulaire et sur le suivi des fibres de substance blanche. Elle nous a permis d'explorer chez des patients atteints d'épilepsie du lobe temporal (TLE) des anomalies cérébrales non détectables par les techniques d'imagerie conventionnelles. Dans ce travail de thèse nous avons combiné deux méthodes computationnelles s'appuyant l'une sur l'extraction d'informations dans des régions d'intérêts localisées et l'autre sur des mesures effectuées (moyennées) le long des fibres de substance blanche. L'identification de paramètres, à partir du tenseur de diffusion, a permis de mettre en évidence des modifications structurales de la substance blanche et de la substance grise, notamment au niveau des régions du système limbique (hippocampe, fornix, régions cingulaires, thalamus, amygdala). Trois groupes de sujets ont participé à cette étude : un groupe de patients atteints d'épilepsie du lobe temporal avec sclérose hippocampique (TLE+HS), un groupe de patients sans lésion visible sur l'IRM conventionnelle (TLE-HS) et un groupe de sujets volontaires. Les résultats obtenus ont montré des anomalies significatives dans les régions analysées chez les patients TLE-HS, différentes des celles retrouvées chez les patients TLE+HS. Les indices de tenseur de diffusion retenus ont permis de mettre en évidence une désorganisation structurale des régions du système limbique chez les patients TLE, spécialement dans le groupe sans lésion visible sur l'IRM conventionnelle / Diffusion tensor imaging (DTI) can provide quantitative information of brain abnormalities in patients with temporal lobe epilepsy (TLE). This technique allowed us to explore brain abnormalities that are not detectable with conventional magnetic resonance imaging (MRI).In this thesis we combined two computational methods: the first is based on information extraction from regions of interest and the second is based on measurements (averaged) along the white matter fibers. The identification of parameters from diffusion tensor has highlighted structural changes in the white matter and gray matter, particularly in the limbic system regions (hippocampus, fornix, cingulate regions, thalamus, amygdala). Three subject groups participated on this study: a patients group with temporal lobe epilepsy and a hippocampal sclerosis (TLE+HS), a patients group with TLE and normal conventional MRI (TLE-HS) and a healthy controls group. The results showed significant abnormalities in the analysed regions in patients with TLE-HS, different from those found in patients with TLE + HS. The selected diffusion tensor indices allowed us to highlight the structural disorganization of limbic system regions in patients with TLE, especially in patients with normal conventional MRI

Les oscillations jouent un rôle de premier plan dans la mise en place des réseaux cérébraux sains et pathologiques. En particulier, au niveau clinique, les activités oscillatoires sont d'une grande importance diagnostique en épilepsie. Par ailleurs, les méthodes non-invasives d'électrophysiologie sont particulièrement adaptées pour la compréhension des réseaux cérébraux à grande échelle. Cependant, la majorité des études en épilepsie a été dirigée vers les pointes intercritiques, qui sont des activités transitoires. Une question qui reste donc en suspens est le lien entre les pointes épileptiques et les activités oscillatoires épileptiques. Cette thèse a visé à résoudre deux problématiques complémentaires autour de cette question. La première problématique est la séparation adéquate entre les activités oscillatoires et transitoires. Il s'agit d'une tâche difficile surtout lors d'un grand chevauchement temporel, qui peut résulter en la contamination d'une activité par l'autre. Nous avons évaluée trois méthodes de filtrage : le filtre FIR (méthode classique), la transformé d'ondelette stationnaire et le filtrage parcimonieux par matching pursuit (MP, basé sur un dictionnaire). Sur des simulations, la SWT a donné de très bons résultats pour la reconstruction des transitoires et le MP pour les oscillations ; de plus, les deux méthodes ont donné un faible taux de faux positifs en détection automatique des oscillations. La SWT et le FIR ont donné les meilleurs résultats de filtrage sur les signaux réels, en particulier lors de la localisation de source. / The Oscillatory activities play a leading role in the development of healthy and pathological brain networks. In particular, at the clinical level, the oscillatory activities are of great importance in the diagnostic of epilepsy. In addition, the non-invasive electrophysiology methods are particularly suitable for understanding the large-scale brain networks. However, most studies in epilepsy have been directed to the interictal spikes, which are transitional activities. One issue that remains unresolved is the relationship between epileptic spikes and epileptic oscillatory activities. This thesis resolves two complementary problems. The first one is the suitable separation between the oscillatory and transitory activity, which is quite sensitive to the presence of the overlap in the time-frequency domain. This can lead to a contamination between the activities. We did evaluate three filtering methods: the FIR (classic methods), the stationary wavelet SWT and the parsimonious filter with the matching pursuit MP. The SWT gave good results in the reconstruction of transient activity and the MP in the reconstruction of oscillatory activity both for simulated data; also they provide a low false positive in automatic detection of oscillatory activity. The SWT and FIR gave the best results on real signals especially for source localization. In the simulated data, the MP is optimal since the atoms of the dictionary resembles to the simulated signals, which isn't guaranteed for real signals. The second problem is the comparison between network connectivity of transient and oscillatory activity, as measured in surface recordings (MEG) and invasive recordings SEEG.

Les épilepsies mésiales du lobe temporal (ELTM) sont parmi les formes les plus fréquentes d’épilepsies partielles pharmaco-résistantes de l’adulte et l’enfant. Dans ces épilepsies les études électrocliniques et expérimentales indiquent que la zone épileptogène, qui désigne un ensemble de neurones nécessaire et suffisant à l’organisation d’une décharge anormale, ne peut être réduite à la seule formation hippocampique (FH) et impliquerait une réorganisation mettant en jeu plusieurs structures au sein du système limbique. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la connectivité structurale entre le noyau supramammillaire (SuM) et la FH chez le rat dans le but de déterminer l’identité neurochimique de la voie de projection supramammillaro-hippocampique qui n’avait pas été clairement identifiée et, vérifier l’hypothèse d’une éventuelle réorganisation de cette voie de projection dans le modèle d’ELTM induit par l’injection intrapéritonéale de pilocarpine chez le rat. Chez les rats naïfs, nous mettons en évidence deux voies de projection distinctes. La première a pour origine les neurones localisés dans la partie latérale du SUM (SuML) qui innervent le champ CA2-CA3a et principalement la couche supragranulaire du gyrus dentelé dorsal. Cette voie est essentiellement ipsi-latérale et a la caractéristique de présenter un profil neurochimique unique, à la fois GABAergique et glutamatergique. La seconde voie de projection a pour origine les neurones localisés dans la partie plus postérieure et médiane du SuM (SuMM) qui innervent la région CA2-CA3a et la région ventrale du gyrus dentelé exclusivement ; cette voie est purement glutamatergique. Chez les rats traités à la pilocarpine, nos résultats montrent une réorganisation structurale des afférences des noyaux SuML et SuMM qui innervent le gyrus dentelé. Cette réorganisation est caractérisée par une distribution aberrante et une augmentation du nombre de fibres et terminaisons axonales en provenance des noyaux SuML et SuMM dans la couche moléculaire interne du gyrus dentelé. Cette réorganisation commence à la fin de la période de latence, et évolue pendant l’épilepsie induite par la pilocarpine. Avec ce travail, nous montrons pour la première fois : 1) l’hétérogénéité à la fois anatomique et neurochimique des voies de projection supramammillaro-hippocampiques ; 2) dans le gyrus dentelé des animaux traités à la pilocarpine, une réorganisation structurale d’origine extra-hippocampique, en provenance des noyaux SuML et SuMM. Cette connectivité aberrante pourrait contribuer avec la réorganisation des circuits intrinsèques de l’hippocampe à l’émergence des premières crises spontanées et à l’installation de l’épilepsie. / Mesial temporal lobe epilepsies (MTLE) are among the most common forms of pharmacoresistant partial epilepsies in adults and children. In these epilepsies, spontaneous seizures likely originate from a multi-structural epileptogenic zone including several structures of the limbic system connected to the hippocampal formation (HF). In this thesis, we investigate the structural connectivity between the supramammillary nucleus (SuM) and the HF in rat, in order to determine the not yet known neurochemical identity of the supramammillaro-hippocampal pathway and, to test the hypothesis of a potential reorganization of this pathway in the rat pilocarpine model of MTLE. In naïve rats, our results highlight two distinct pathways. The first pathway originates in the lateral part of the SuM (SuML) and innervates the supragranular layer of the dorsal dentate gyrus mainly, and the CA2-CA3a pyramidal cell layer of the hippocampus. This pathway is mainly ipsilateral and displays a unique dual phenotype for GABAergic and glutamatergic neurotransmission. The second pathway originates in the most posterior and medial part of the SuM (SuMM) and innervates exclusively the inner molecular layer of the ventral dentate gyrus and the CA2-CA3a subfield and is glutamatergic only.In pilocarpine-treated animals, our findings demonstrate a structural reorganization of dentate gyrus afferents originating from the SuM nuclei. Such reorganization is characterized by an aberrant distribution and an increased number of fibers and axon terminals from neurons of the both lateral and medial regions of the SuM, invading the entire inner molecular layer of the dentate gyrus. It starts at the end of the latent period and evolves during the epilepsy induced by pilocarpine. Our findings demonstrate for the first time: 1) the anatomical and neurochemical heterogeneity of the supramammillaro-hippocampal pathways; 2) in pilocarpine-treated animals, a marked reorganization of dentate gyrus afferents originating from the SuM nuclei. This aberrant connectivity could contribute along with the reorganization of hippocampal intrinsic circuitry to the emergence of the first spontaneous seizures and epilepsy installation.

Parmi les patients souffrant d'épilepsie, particulièrement du lobe temporal (ELT), 30% restent résistants aux médicaments malgré l'administration optimale des traitements pharmacologiques. Le caractère imprédictible des crises est l’un des aspects les plus invalidants de la maladie. De plus, les troubles dépressifs et anxieux sont des comorbidités psychiatriques fréquemment associées à l’épilepsie et impactent encore plus négativement la qualité de vie que les crises. Les approches par biofeedback, ont démontré leur efficacité dans le contrôle des crises. Une thérapie par biofeedback sur la conductance cutanée (GSR biofeedback) a montré son efficacité sur les symptômes psychiatriques. Cependant, les mécanismes sous-tendant l’efficacité sur ces symptômes restent peu connus. L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre ces mécanismes. Deux pistes sont explorées : une physiologique dans laquelle il existerait un effet direct du GSR biofeedback sur la régulation physiologique des émotions ; une attentionnelle, dans laquelle il y aurait un effet indirect de l’entraînement sur le contrôle de l’attention. Les études menées ont permis de montrer que les patients avec ELT présentent des réponses électrodermales aux émotions plus faibles que des témoins, mais qu'elles ne sont pas plus élevées après des séances de GSR biofeedback. En revanche, l’amélioration des symptômes anxieux et dépressifs est liée à des modifications du traitement attentionnel des informations menaçantes. Le GSR biofeedback en améliorant le contrôle attentionnel induirait une diminution de la vigilance face à la menace, conduisant à une réduction de la vulnérabilité émotionnelle chez ces patients. / Among patients with epilepsy, particularly temporal lobe epilepsy (TLE), 30% remain drug-resistant despite optimal administration of pharmacological treatments. The unpredictability of seizures is one of the most disabling aspects of the disease. In addition, depressive and anxiety disorders are psychiatric comorbidities frequently associated with epilepsy and have a greater negative impact on quality of life than seizures. Biofeedback approaches have been shown to be effective in controlling seizures. A biofeedback therapy on skin conductance (GSR biofeedback) has shown its efficacy on psychiatric symptoms. However, the mechanisms underlying this efficacy remain poorly understood. The objective of this thesis is to better understand these mechanisms. Two tracks are explored: a physiological one in which there is a direct effect of GSR biofeedback on the physiological regulation of emotions; an attentional one, in which there would be an indirect effect of the training on the control of attention. The studies presented have shown that TLE patients have weaker electrodermal responses than controls but that they are not higher after GSR biofeedback sessions. In contrast, the improvement of anxiety and depressive symptoms is related to changes in the attentional processing of threatening information. GSR biofeedback by improving attentional control would lead to a decrease in alertness to threat, leading to a reduction in emotional vulnerability in these patients.

La sclérose tubéreuse de Bourneville (STB) est une maladie génétique et multi-systémique à transmission autosomique dominante due à des mutations d’un gène TSC1 ou TSC2 qui codent respectivement pour hamartine et tuberine ayant une action inhibitrice sur la voie de signalisation mTOR. L’épilepsie précoce et pharmacorésistante est la manifestation neurologique la plus fréquente et la plus délétère de la STB. Elle débute souvent dans la première année de vie par des spasmes infantiles qui évoluent avec l’âge et en absence de traitement vers des crises toniques ou tonico-cloniques. Bien que les crises soient supposées être générées dans des tubers corticaux, les mécanismes de l’épilepsie ne sont pas bien élucidés et le traitement reste souvent inefficace. Des études morphologiques ont montré une altération de l’expression ARNm des récepteurs au glutamate dans les cellules géantes et les neurones dysplasiques des tubers, mais leur implication fonctionnelle restait à montrer. Les différentes sous-unités NMDA ont une expression âge-dépendante et région-spécifique, les plus grands changements survenant au début de la vie quand l’épilepsie de la STB apparaît. Ce travail avait pour but d’étudier à l’aide de méthodes électrophysiologiques in vitro et in vivo l’expression fonctionnelle des sous-unités NMDA aberrantes et de déterminer leur rôle dans l’épileptogènese chez les souris hétérozygotes Tsc1+/- et sur le tissu humain STB post-opératoire. Nous avons pu démontrer que : i) Les souris hétérozygotes pour le gène Tsc1 sont spontanément épileptiques in vivo et in vitro dans une courte fenêtre dévelopmentale de P9 à P18. ii) Elles présentent une altération d’expression des récepteurs NMDA couche-spécifique et mTOR dépendante avec une surexpression des sous-unités GluN2C/D dans la couche 4 et 2/3 et GluN2B dans les couches 2/3. Cette expression anormale est prévenue par l’administration d’un inhibiteur de la voie mTOR, la rapamycine. iii) Les mêmes altérations d’expression des récepteurs NMDA, sont montrées sur les tissus post-opératoires, non seulement de tubers de STB mais aussi des dysplasies corticales focales (DCF), ces deux malformations ayant des similarités étiologiques et physiopathologiques. iv) La RT-PCR quantitative confirme une expression excessive de GluN2C dans le cortex de souris Tsc1+/- et sur le tissu humain des tubers et DCF. v) Les décharges épileptiques chez la souris Tsc1+/- sont générées dans la couche granulaire 4 du cortex avant de se propager vers les couches superficielles et les couches profondes, empruntant ainsi les microcircuits corticaux. vi) L’expression excessive de la sous-unité GluN2C dans le cortex contribue à l’hyperexcitabilité neuronale chez la souris Tsc1+/- et sur des tissus humains de tubers et de DCF puisque les crises et les décharges sont bloquées par les antagonistes sélectifs de GluN2C/D. vii) Les crises chez la souris Tsc1+/- suivent une séquence âge-dépendante évoluant du type «spasms-like» vers «tonic-clonic like», rappelant celle de l’épilepsie humaine, avec deux pics de haute incidence de crises à P13 et P16 correspondant chez l’homme respectivement l’âge des spasmes infantiles et celui des crises toniques. L’évolution avec l’âge du délai de propagation inter-hémisphérique pourrait contribuer à ce changement de types de crises. Ces résultats montrent donc pour la première fois qu’une happloinsuffisance pour le gène Tsc1 chez les souris Tsc1+/- sans tubers suffit à produire une altération de l’expression des récepteurs NMDA de manière mTOR dépendante et contribuer ainsi à l’épileptogènese dans la STB. La souris Tsc1+/- est le premier modèle génétique sans anomalies morphologiques présentant une épilepsie spontanée qui évolue des spasmes vers des crises toniques et tonico-cloniques. Néanmoins cette épilepsie diffère de l’épilepsie humaine de la STB par l’absence de crises focales et de pharmacorésistance, ce qui pourrait être expliqué par l’absence de tubers chez la souris Tsc1+/-. (...) / Tuberous sclerosis complex (TSC) is a genetic multisystemic disease with autosomal dominant transmission due to mutations in a gene TSC1 or TSC2 respectively which encode hamartin and tuberin proteins having an inhibitory action on the mTOR signaling pathway. Early refractory epilepsy is the most common and most deleterious neurological manifestation. The epilepsy often begins in the first year of life by infantile spasms that change in the lack of treatment to tonic or tonic-clonic seizures in age-dependent manner. Although seizures are thought to be generated in cortical tubers, epilepsy mechanisms are not well understood and treatment is often ineffective. Morphological studies showed the altered expression of glutamate receptor mRNA in the giant cells and dysplastic neurons of tubers, but their functional involvement remains unknown. The different NMDA subunits have an age-dependent and region-specific expression, the greatest changes occurring early in life when the TSC epilepsy appears. This work aimed to study the functional expression of aberrant NMDA subunits expression and their role in the epileptogenesis in heterozygous Tsc1+/- mice and post-surgical human tissue of TSC patients using in vitro and in vivo electrophysiological methods. The study reveal that: i) Heterozygous tuber-free Tsc1+/- mice show spontaneous epilepsy in vivo and in vitro in a short developmental window from P9 to P18. ii) These mice exhibit an altered NMDA receptor expression in mTOR dependent and layer-specific manner with GluN2C/D subunits overexpression in layers 4 and 2/3, and GluN2B ovexpression in layers 2/3. This abnormal NMDA receptors expression is prevented by the administration of an mTOR inhibitor, rapamycin. iii) The same alterations of NMDA receptors’ expression are shown in post-surgical tissues not only in tubers from TSC patients, but also in focal cortical dysplasia (FCD), these two malformations sharing etiological and pathophysiological similarities. iv) Quantitative RT-PCR confirms the excessive GluN2C subunit expression in Tsc1+/- mouse cortex and human tissue of tubers and DCF. v) Epileptic discharges in Tsc1+/- mice are generated in the granular layer 4 of the cortex before spreading to the superficial and then to deep layers, thus borrowing the cortical microcircuits. vi) Excessive expression of GluN2C subunit in the cortex contributes to neuronal hyperexcitability in Tsc1+/- mice, as well as in human tubers and DCF tissues, since epileptic discharges are blocked by selective GluN2C/D antagonists. vii) Seizures in Tsc1+/- mice follow the age-dependent sequence, evolving from "spasms-like" to "tonic-clonic like" thus reminding the human epilepsy, with two peaks of highest seizure incidence at P13 and P16 corresponding respectively to age of infantile spasms and of tonic seizures in human. The age-dependent evolution of interhemispheric propagation delay could contribute to this change in seizure type. These results show for the first time that TSC1 happloinsuffisancy in tuber-free Tsc1+/- mice is sufficient to produce an alteration in NMDA receptor expression in an mTOR dependent manner, and thus contributes to epileptogenesis in TSC. The Tsc1+/- mouse line is the first genetic model of TSC without morphological abnormalities presenting with early spontaneous seizures which evolves from “spasms-like” to “tonic-clonic like” seizures. However, the epilepsy in Tsc1+/- mice differs from human TSC epilepsy by the absence of focal seizures and of drug-resistance. Both could be explained by the lack of tubers in the Tsc1+/- mice. It remains to determine whether the expression of GluN2C subunit is also transitional in Tsc1+/- mice and whether other factors contribute to determine the age-dependent epilepsy. This study opens new therapeutic perspectives of TSC epilepsy targeting GluN2C subunit of NMDA receptors.

L'épilepsie est une affection neurologique chronique qui se définit par la répétition de crises épileptiques, signe de l'hyperactivité paroxystique d'un groupe de neurones corticaux. Ces dernières années, plusieurs gènes responsables d'épilepsies monogéniques ont été mis en évidence. Notre travail avait pour objectif l'identification d'anomalies génétiques responsables ou favorisants certaines formes d'épilepsies de l'enfant. Ce travail est composé de quatre études complémentaires. La première était l'exploration pangénomique d'une cohorte de 47 patients porteurs d'épilepsie à paroxysme rolandique (EPR) par CGH array, à la recherche de variations de nombre de copies (CNV) récurrentes. Nous avons ainsi pu mettre en évidence plusieurs CNVs emportant des gènes impliqués dans l'épilepsie, dont PRRT2 et GRIN2A. La deuxième reposait sur la même approche appliquée à une cohorte de 8 patients tunisiens présentant des spasmes infantiles. Elle a permis d'identifier une délétion 9q34.3 emportant le gène EHMT1, responsable du syndrome de Kleefstra et une duplication 15q13.1, région impliquée dans des troubles du neurodéveloppement. Pour la troisième étude, nous avons comparé deux techniques de capture pour séquençage à haut débit d'un panel de gènes impliqués dans les épilepsies de l'enfant, à partir des échantillons de 24 patients épileptiques. Cette approche nous a permis de mettre au point un logiciel d'analyse de couverture, que nous avons nommé DeCovA. Lors de la dernière étude, nous avons appliqué une stratégie de séquençage d'exome en trio pour explorer 10 patients porteurs des spasmes infantiles. Nous avons ainsi pu mettre en évidence des variants pathogènes de novo chez quatre patients,impliquant les gènes KCNQ2, SCN1A, NR2F1 et ALG13. Nos résultats confirment ainsi la place importante de la génétique et l'intérêt majeur des nouvelles technologies dans l'exploration étiologique des épilepsies de l'enfant / Epilepsy is a chronic neurological disorder characterized by repeated epileptic seizures, a sign of cortical neurons paroxysmal hyperactivity. In recent years, several monogenic genes involved in epilepsy have been identified. The aim of our work is to identify new genetic abnormalities responsible for childhood epilepsies. This work is divided into four complementary studies. First, we searched copy number variation (CNV) by pangenomic exploration of a cohort of 47 patients with Rolandic epilepsy (RE) using CGH array. We identified several CNVs carrying genes involved in epilepsy, including PRRT2 and GRIN2A (genes). Secondly, the same approach was applied to a cohort of 8 Tunisian patients with infantile spasms. It allowed the identification of a 9q34.3 deletion includingEHMT1, implicated in Kleefstra syndrome and a 15q13.1 duplication, known to be involved in neurodevelopment disorders. For the third study, we compared two library-building methods for a gene-targeted panel for the diagnosis of Monogenic childhood epilepsies, in a cohort of 24 epileptic patients. This approach allowed us to develop a coverage analysis software, which we named DeCovA. In the last study, we used a trio-based exome-sequencing approach to look for de novo mutations in 10 patients with infantile spasms. We found de novo pathogenic variants in four patients, involving KCNQ2, SCN1A, NR2F1, and ALG13. Our results confirm the increasing role of genetics and the major interest of new technologies in the etiological exploration of childhood epilepsy

Touchant plus de 50 millions de personnes dans le monde, l’épilepsie est un problème majeur de santé publique. Un tiers des patients souffrent d’épilepsie pharmaco-résistante. Une chirurgie visant à enlever la région cérébrale à l’origine des crises – la zone épileptogène – est considérée comme l’option de référence pour rendre libre de crises ces patients. Le taux d’échec chirurgical non négligeable a poussé la recherche d’autres marqueurs. Un marqueur potentiel est les oscillations à haute fréquence (HFOs). Une HFO est une brève oscillation entre 80-500 Hz qui dure au moins 4 périodes enregistrée en EEG intracérébrale. Par leur caractère très bref, le marquage visuel de ces petites oscillations est fastidieux et chronophage.. Il semble impératif de trouver un moyen de détecter automatiquement ces oscillations pour étudier les HFOs sur des cohortes de patients. Aucun détecteur automatique existant ne fait cependant l’unanimité. Durant cette thèse, nous avons développé un nouveau moyen de visualiser les HFOs grâce à une normalisation originale de la transformée en ondelettes pour ensuite mieux les détecter automatiquement. Puis, nous avons mise en place une stratégie pour caractériser et valider des détecteurs. Enfin, nous avons appliqué le nouveau détecteur à une cohorte de patients pour déterminer la fiabilité des HFOs et des pointes épileptiques - le marqueur standard - dans la prédiction de la zone épileptogène. La conclusion de cette thèse est que les HFOs ne sont pas meilleurs que les pointes épileptiques pour prédire la zone épileptogène mais que combiner ces deux marqueurs permettait d’obtenir un marqueur plus robuste. / Epilepsy is a major health problem as it affects 50 million people worldwide. One third of the patients are resistant to medication. Surgical removal of the brain areas generating the seizure – the epileptogenic zone – is considered as the standard option for these patients to be seizure free. The non-negligible rate of surgical failure has led to seek other electrophysiological criteria. One putative marker is the high-frequency oscillations (HFOs).An HFO is a brief oscillation between 80-500 Hz lasting at least 4 periods recorded in intracerebral EEG. Due to their short-lasting nature, visually marking of these small oscillations is tedious and time-consuming. Automatically detecting these oscillations seems an imperative stage to study HFOs on cohorts of patients. There is however no general agreement on existing detectors.In this thesis, we developed a new way of representing HFOs thanks to a novel normalisation of the wavelet transform and to use this representation as a base for detecting HFOs automatically. We secondly designed a strategy to properly characterise and validate automated detectors. Finally, we characterised, in a cohort of patients, the reliability of HFOs and epileptic spikes - the standard marker - as predictors of the epileptogenic zone using the validated detector. The conclusion of this thesis is that HFOs are not better than epileptic spikes in predicting the epileptogenic zone but combining the two leads to a more robust biomarker.

En Afrique subsaharienne, l'épilepsie reste un problème de santé publique majeur. En plus d'un manque de ressources en soins de santé, le déficit thérapeutique dans la prise en charge de l'épilepsie est très élevé. Seuls quelques antiépileptiques de première ligne sont disponibles et leur qualité pose question. Actuellement, quelques données sont disponibles sur la question de la qualité des antiépileptiques dans les pays en développement. Deux études ont montré une proportion de mauvaise qualité allant de 13,7% pour le phénobarbital en Mauritanie à 65,0% pour la phénytoïne, la carbamazépine et le valproate de sodium au Vietnam. L'objectif de cette étude était d'évaluer les déterminants du déficit thérapeutique des personnes vivant avec l'épilepsie dans les pays en développement. Les objectifs de recherche étaient d'identifier et de décrire les programmes d'intervention visant à améliorer la prise en charge médicamenteuse, d'identifier les déterminants sociaux du déficit thérapeutique, d'évaluer la qualité des antiépileptiques disponibles en Afrique subsaharienne et d’en mesurer la disponibilité, le coût et l’accessibilité financière. Le schéma d'étude pour l'évaluation des interventions et des déterminants sociaux était une revue systématique de la littérature. Pour les questions de qualité, de disponibilité, de coût et d'accessibilité, une étude transversale multicentrique a été réalisée dans 9 pays d’Afrique ubsaharienne. Dans chaque pays, les zones urbaines et rurales ont été systématiquement étudiées de la même manière, en explorant la chaîne d'approvisionnement officielle et le secteur illicite. Les soins communautaires et le personnel paramédical ont été des facteurs de succès dans ces pays où les ressources médicales sont limitées. L'adhésion thérapeutique était l’une des pierres angulaires dans la prise en charge médicamenteuse des personnes vivant avec l'épilepsie, souvent mal ou peu maitrisée. L'éducation thérapeutique était une dimension prometteuse à développer. Au total, 32,3 % des antiépileptiques étaient de mauvaise qualité. La carbamazépine (38,7 % [intervalle de confiance à 95 % (IC 95 %)] : 21,8 - 57,8) et la phénytoïne 83,3 % (IC 95 % : 35,8 - 99,5) présentaient la proportion la plus élevée de substandards, principalement en raison d’une mauvaise dissolution. Le valproate de sodium était l’antiépileptique avec la qualité la plus mauvaise (32,1 % ; IC à 95 %, 15,8 - 42,3). Le phénobarbital (94,1 % ; IC à 95 %, 80,3 - 99,2) possédait la meilleure qualité. La prévalence d’antiépileptiques de mauvaise qualité augmentait pour les échantillons distribués par une structure publique (Odds Ratio OR, 9,9 ; IC à 95 %, 1,2-84,1 ; p<0,04) ainsi que ceux fabriqués en Chine (OR, 119,8 ; IC 95 %, 8,7-1651,9 ; p<0,001). De même cette prévalence augmentait lorsqu'ils étaient stockés dans de mauvaises conditions (OR, 5,4 ; IC à 95 %, 1,2-24,1 ; p<0,03). Aucune contrefaçon n'a été observée dans cette étude. Le phénobarbital et les formes génériques étaient les plus accessibles mais les moins disponibles, principalement dans le secteur privé, chaîne d'approvisionnement ayant le plus grand réseau de distribution dans ces pays.Le rôle du pharmacien et du personnel paramédical devrait être renforcé. Des conditions de stockage inadéquates, comprenant le manque de contrôle de la température et de l'humidité, sont susceptibles de conduire à des médicaments inefficaces voire dangereux. Le déconditionnement, pratique courante et potentiellement dangereuse, doit être supervisée et sécurisée. La production locale d’antiépileptiques a plusieurs aspects positifs pour diminuer le déficit thérapeutique en agissant sur l'accessibilité géographique, financière et sur la qualité. Le programme de pré-qualification de l'OMS a permis d'améliorer considérablement la qualité des médicaments dans les pays en développement. L'inclusion des antiépileptiques dans ce programme constituerait une amélioration certaine pour le traitement de l'épilepsie. / In sub-Saharan Africa, epilepsy remains a neglected public health issue. In addition to a lack of trained healthcare resources, including staff and infrastructure, the high epilepsy treatment gap has been a source of concern. Only a few major first-line antiepileptic drugs are readily available and the quality of these drugs could pose further issues. Currently, there are a few data available to address the question of the quality of antiepileptic drugs in low- and middle-income countries. Two studies have shown the proportion of poor-quality drugs to range from 13.7% for phenobarbital in Mauritania to 65,0% for phenytoin, carbamazepine, and sodium valproate in Vietnam. The aim of this study was to assess the determinants of the treatment gap of people living with epilepsy in low- and middle-income countries. Research objectives were to identify and describe intervention programmes aimed at improving drug management, to extract social determinants of the treatment gap, to evaluate the quality of antiepileptic drugs available in sub-Saharan Africa and to measure the availability, cost and affordability of antiepileptic drugs in sub-Saharan Africa.The study design for intervention and social determinants assessment was a systematic literature review. For quality, availability, cost and affordability issues a multicentre cross-sectional study has been carried out in 9 sub-Saharan Africa countries with an identical data and sample collection protocol. In each country, urban and rural areas have been systematically investigated in the same manner, exploring both the official supply chain and the illicit system in each setting. All the structures where a patient could buy or obtain antiepileptic drugs have been investigated. Community-based care and allied health staff were success factors in resource limited settings. Adherence to treatment has been pointed out to be a corner stone of people living with epilepsy drug management, poorly and slightly controlled. Therapeutic patient education was a promising dimension to be developed. Overall 32.3% of the tablets were of poor quality, but no statistical difference was observed across the sites. Carbamazepine (38.7% [95% Confidence Interval (95%CI)]: 21.8 – 57.8) and phenytoin 83.3% (95% CI 35.8 – 99.5) had the highest proportion of substandard quality, mainly due to dissolution failure. Sodium valproate was the antiepileptic drug with the poorest quality (32.1%; 95% CI 15.8 – 42.3). Phenobarbital (94.1%; 95% CI 80.3 – 99.2) had better quality. Prevalence of substandard quality increased in samples supplied from a public structure (Odds Ratio (OR), 9.9; 95% CI 1.2-84.1; p<.04) as well as those manufactured in China (OR, 119.8; CI 8.7-1651.9; p<.001). The prevalence of antiepileptic drugs with bad quality increased when improperly stored (OR, 5.4; 95% CI 1.2-24.1; p<.03). Phenobarbital and generic formulations remained the most affordable antiepileptic drugs but the least available mainly in the private sector, the supply chain with the largest distribution network in countries.The role of pharmacist and other allied staffs should be enhanced. No counterfeiting has been observed for antiepileptic drugs in this study. However, inadequate storage conditions, including the lack of temperature and humidity control, are likely to lead to ineffective and maybe dangerous antiepileptic drugs, even when good quality antiepileptic drugs are initially imported. Unpacking practice, common and potentially dangerous, must be supervised and secured. Local production of antiepileptic drugs has several positive aspects for decreasing treatment gap by enhancing geographical, financial accessibility and quality of drugs. WHO prequalification program has produced great improvement in diseases management in developing countries. Inclusion of antiepileptic drugs in this program may be highly profitable for people living with epilepsy.

Plusieurs études de simulation in vitro et in vivo ont été réalisées au cours des dernières décennies afin de clarifier les interrelations des sources corticales avec leurs corrélats électrophysiologiques enregistrés sur l’EEG invasif et l’EEG de scalp. L’amplitude des potentiels corticaux, l’étendue de l’aire corticale impliquée par la décharge, de même que la localisation et la géométrie de la source corticale sont des facteurs indépendants qui modulent l’observabilité et la contribution de ces sources sur l’EEG de surface. L’enregistrement simultané et multi-échelle de l’EEG de scalp et intra-crânien (avec des électrodes sous-durales ou profondes) durant l’exploration pré-chirurgicale des patients épileptiques offre une opportunité unique d’explorer cette question fondamentale. Alors que les études précédentes ont considéré essentiellement des sources néocorticales dans le contexte de l’épilepsie du lobe temporal, notre travail s’est intéressé à l’observabilité et la contribution de sources profondes temporales et frontales. Nous avons pu montrer : (1) que les sources épileptiques profondes enregistrées dans les régions temporales médianes et fronto-basales ne sont pas visibles par l’analyse visuelle de routine mais sont détectables après élimination du bruit de fond physiologique généré par les sources corticales de surface sus-jacentes ; (3) que l’amplitude des pointes enregistrées en surface est corrélée avec la surface d’activation corticale de la convexité et avec des ratios élevés d’amplitude pointes/activité de fond / Several in vitro, in vivo, and simulation studies have been performed in the past decades aiming to clarify the interrelations of cortical sources with their scalp and invasive EEG correlates. The amplitude ratio of cortical potentials to their scalp EEG correlates, the extent of the cortical area involved in the discharge, as well as the localization of the cortical source and its geometry, have been each independently linked to the recording of the cortical discharge with scalp electrodes. Simultaneous multiscale EEG recordings with scalp, subdural and depth electrodes, applied in presurgical epilepsy workup, offer an excellent opportunity to address this fundamental issue. Whereas past studies have considered predominantly neocortical sources in the context of temporal lobe epilepsy, the present work addresses deep sources, in mesial temporal and extra-temporal epilepsies. We showed that deep sources, such as those in mesial temporal or fronto-basal regions, are not visible, but are detectable in scalp EEG. Scalp EEG spikes correlate with extensive activation of the cortical convexity and high spike-to-background amplitude ratios