Introduction : La stimulation électrique directe basse fréquence est pratiquée sur des patients épileptiques pharmaco-résistants implantés avec des électrodes profondes. Elle induit de potentiels évoqués cortico-corticaux (PECC) qui permettent d’estimer la connectivité in vivo et ont permis de caractériser des réseaux locaux. Pour estimer la connectivité à l’échelle du cortex, le projet multicentrique F-TRACT vise à rassembler plusieurs centaines de patients dans une base de données pour proposer un atlas probabiliste de tractographie fonctionnelle.Méthodes : La construction de la base de données à nécessité la mise en place technique de pipelines de traitement semi-automatiques pour faciliter la gestion du nombre important de données de stéréo-électroencéphalographie (SEEG) et d’imagerie. Ces pipelines incluent des nouvelles méthodes de traitement du signal et d’apprentissage automatique, qui ont été développées pour identifier automatiquement les mauvais contacts et corriger l’artefact induit par la stimulation. Les analyses de groupe se sont basées sur des métriques des PECC et des cartes temps-fréquences des réponses à la stimulation.Résultats : La performance des méthodes développées pour le projet a été validée sur des données hétérogènes, en termes de paramètres d’acquisition et de stimulation, provenant de différents centres hospitaliers. L’atlas a été généré à partir d’un échantillon de 173 patients, fournissant une mesure de probabilité de connectivité pour 79% des connexions et d’estimer des propriétés biophysiques des fibres pour 46% d’entre elles. Son application à une sous-population de patients a permis d’étudier les réseaux impliqués dans la génération de symptômes auditifs. L’analyse de groupe oscillatoire a mis en avant l’influence de l’anatomie sur la réponse à la stimulation.Discussion : Cette thèse présente une méthodologie d’étude des PECC à l’échelle du cortex cérébral, utilisant des données hétérogènes en termes d’acquisition, de paramètres de stimulation et spatialement. L’incrémentation du nombre de patients dans l’atlas généré permettra d’étudier les interactions cortico-corticales de manière causale. / Introduction: Low-frequency direct electrical stimulation is performed in drug-resistant epileptic patients, implanted with depth electrodes. It induces cortico-cortical evoked potentials (CCEP) that allow in vivo connectivity mapping of local networks. The multicentric project F-TRACT aims at gathering data of several hundred patients in a database to build a propabilistic functional tractography atlas that estimates connectivity at the cortex level.Methods: Semi-automatic processing pipelines have been developed to handle the amount of stereo-electroencephalography (SEEG) and imaging data and store them in a database. New signal processing and machine-learning methods have been developed and included in the pipelines, in order to automatically identify bad channels and correct the stimulation artifact. Group analyses have been performed using CCEP features and time-frequency maps of the stimulation responses.Results: The new methods performance has been assessed on heterogeneous data, coming from different hospital center recording and stimulating using variable parameters. The atlas was generated from a sample of 173 patients, providing a connectivity probability value for 79% of the possible connections and estimating biophysical properties of fibers for 46% of them. The methodology was applied on patients who experienced auditory symptoms that allowed the identification of different networks involved in hallucination or illusion generation. Oscillatory group analysis showed that anatomy was driving the stimulation response pattern.Discussion: A methodology for CCEP study at the cerebral cortex scale is presented in this thesis. Heterogeneous data in terms of acquisition and stimulation parameters and spatially were used and handled. An increasing number of patients’ data will allow the maximization of the statistical power of the atlas in order to study causal cortico-cortical interactions.

The resection of tumors within the primary motor cortex is a constant challenge. Although tractography may help in preoperative planning, it has limited application. While it can give valuable information on subcortical fibers, it is less accurate in the cortical layer of the brain. A 38-year-old patient presented with paresis of the right hand and focal epileptic seizures due to a tumor in the left precentral gyrus. Transcranial magnetic stimulation was not applicable due to seizures, so microsurgical resection was performed with preoperative tractography and intraoperative direct electrical stimulation. A histopathological assessment revealed a diagnosis of glioblastoma. Postoperative magnetic resonance imaging (MRI) showed complete resection. The paresis dissolved completely during follow-up. Surgery within the precentral gyrus is of high risk and requires multimodal functional planning. If interpreted with vigilance and consciousness of the underlying physical premises, tractography can provide helpful information within its limitations, which is especially subcortically. However, it may also help in the identification of functional cortex columns of the brain in the presence of a tumor.

La "chirurgie éveillée du cerveau" consiste à retirer des tumeurs cérébrales infiltrantes (gliomes de bas grade, GIBG) à progression lente chez un patient éveillé. Une cartographie anatomo-fonctionnelle du cerveau est réalisée par stimulation électrique directe (SED) des zones proches de la tumeur afin de discriminer les aires cérébrales fonctionnelles de celles qui ne le sont plus. Les effets inhibiteurs de la stimulation sont mis en évidence par les tests neuropsychologiques réalisés par le patient lors de la chirurgie. Cependant, la SED est paramétrée de manière totalement empirique bien qu’utilisée de façon standardisée. De plus, si ses effets comportementaux sont mis en avant, ses effets électrophysiologiques restent plus méconnus. La conservation de la relation entre électrophysiologie (potentiel évoqué, PE) et comportement (fonction) est cruciale lors de chirurgies des GIBG : l’analyse des PE en temps réel permettrait une identification de ces relations au cours même de la chirurgie.Pour cela, nous avons réalisé des enregistrements peropératoires de l’activité électro-corticographique (ECoG) du cortex (CPP, n° ID-RCB : 2015-A00056-43). L’étude de ces enregistrements a permis de mesurer les effets electrophysiologiques de la SED corticale et sous-corticale, en évaluant la réponse du cerveau à la stimulation au travers des PE. Une chaine d'acquisition spécifique à la mesure de l'ECoG a été développée afin de pouvoir à terme mesurer et visualiser les PE en temps réel. De plus, un algorithme de post-traitement a été implémenté afin de réduire la contamination du signal par l’artefact de stimulation.Mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à la SED, notamment au travers de la mesure des réponses électrophysiologiques, doit permettre de proposer des protocoles peropératoires plus objectifs afin d'améliorer la planification chirurgicale et la qualité de vie des patients. / The ‘Awake brain surgery’ consists in removing some slow-growing infiltrative brain tumor (low grade glioma, LGG) in a patient, to delay its development while preserving the functions. An anatomo-functional mapping of the brain is performed by electrically stimulating brain areas near the tumor to discriminate functional versus nonfunctional areas. The inhibitory effects of this direct electrical stimulation (DES) are evidenced by the neuropsychological tests undergone by the patient during the tumor resection. However, the DES parameters are empirically set even though its use is standardised. Moreover, even if its behavioural effects are well known, its electrophysiological effects have been partially depicted.Preserving the relationship between electrophysiology (evoked potential, EP) and behaviour (function) is crucial in LGG surgery.Intra-operative electrocorticographic recordings (ECoG) of the brain activity were thus performed (CPP, n° ID-RCB : 2015-A00056-43). The electrophysiological effects of cortical and subcortical DES on brain activity have been highlighted, by assessing the response of the brain to the stimulation through EP recordings analysis. A new acquisition set-up has also been specifically developed for ECoG recordings in order to measure and eventually visualise the EP in real-time. Furthermore, a post-processing algorithm has been implemented to reduce the signal disturbances induced by the stimulation artefact.A better understanding of the underlying DES mechanisms, in particular through the measurement of electrophysiological responses, should enable designing more perfected protocols in order to improve the surgical planning, and quality of life of the patients.