Les enregistrements életrophysiologiques ont apporté des informations considérables sur le fonctionnement et le dysfonctionnement du cerveau. Améliorer les dispositifs d'enregistrement permettrait d'approfondir les connaissances au niveau de la science fondamentale et serait bénéfique pour les patients. Les principales limitations des électrodes en contact direct avec le cerveau comprennent leur invasivité, leur biocompatibilité et leur SNR. Il serait aussi souhaitable de mesurer simultanément les signaux électriques et moléculaires. Le couplage entre l'activité électrique et métabolic est encore mal comprise. Le but de ce travail était de fournir des solutions technologiques à ces défis dans le contexte de l’épilepsie.Nous avons développé des grilles flexibles de 4 µm d’épaisseur résolvant les problèmes d’invasivité, de rigidité et de biocompatibilité. Afin d’améliorer le SNR, des sites d'enregistrement en polymère hautement conducteur PEDOT: PSS ont été faits. La qualité des signaux enregistrés in vivo était meilleure que celui obtenu avec de l’or. Puis nous avons validé des sites d'enregistrement en transistors électrochimiques organiques, permettant l'amplification locale des signaux. Les grilles ont été testées in vivo et le SNR a été multiplié par 10. Enfin, nous avons fonctionnalisé les sites avec une enzyme pour mesurer le glucose. Par rapport aux dispositifs classiques, le capteur de glucose a montré une stabilité et une sensibilité inégalée in vitro.En conclusion, l'électronique organique semble être une solution technologique prometteuse pour les limitations des systèmes actuels visant à enregistrer l'activité électrique et moléculaire du cerveau. / Electrophysiological recordings brought considerable information about brain function and dysfunction. Improving recording devices would further our understanding at the basic science level and would be beneficial to patients. Major limitations of current electrodes that are in direct contact with brain tissue include their invasiveness, their poor biocompatibility, their rigidity and a suboptimal signal-to-noise ratio. In addition, it would be desirable to measure simultaneously molecular signals. The coupling between the electrical activity of neurons and metabolism is still poorly understood in vivo. The goal of this work was to provide technological solutions to such challenges in the context of epilepsy. We generate 4 µm thick, totally flexible but resilient grids, thus solving the challenge of invasiveness, rigidity and biocompatibility. In order to improve the signal-to-noise ratio, recording sites were made of the highly conductive polymer PEDOT:PSS. The quality of the in vivo signals recorded was better than that obtained with conventional gold contacts. Going a step further, we made the recording site as an organic electrochemical transistor, which enables local amplification of signals. The grid was tested in vivo and the SNR was increased by a factor of 10. Finally, we functionalized PEDOT:PSS sites with glucose oxidase to measure glucose. Compared to conventional devices, the glucose sensor showed unsurpassed stability and sensitivity in vitro. In conclusion, organic electronics appears to be a promising technological solution to the limitations of current systems designed to record the electrical and molecular activity of the brain.

Contexte : […], le mode d'interaction entre les signaux corticaux et striataux reste flou. Dans la présente thèse, nous avons d’abord saisi l’opportunité d’enregistrements stéréoélectroencéphalographiques chez des patients atteints d’épilepsie pharamcorésistante pour analyser qualitativement et quantitativement l’activité ictale du striatum. Deuxièmement, nous avons créé un modèle primate de crises motrices focales sous-corticales induites par des injections striatales antagonistes GABAergiques. Première étude : Patients et méthode : onze patients ayant subi une évaluation SEEG ont été inclus prospectivement s'ils remplissaient deux critères d'inclusion: i) au moins un contact explorait le striatum, ii) au moins deux crises avaient été enregistrées. Les régions d'intérêt corticales et sous-corticales ont été définies et différentes périodes d'intérêt ont été analysées. Les signaux SEEG ont été inspectés visuellement et une analyse de corrélation non linéaire h2 a été réalisée pour étudier la connectivité fonctionnelle entre les régions corticales d’intérêt et le striatum. Résultats : Deux patterns principaux d'activation striatale ont été enregistrés : le plus fréquent était caractérisé par une activité alpha / bêta précoce débutant dans les cinq premières secondes suivant le début de la crise. Le second était caractérisé par une activité thêta / delta tardive plus lente. Une différence significative des indices de corrélation h2 a été observée au cours de la période préictale et début de crise par rapport au tracé de fond pour l'indice striatal global, l'indice mésio-temporal / striatal, l'index latérotemporal / striatal, l'index insulaire / striatal, l'index préfrontal / striatal. En outre, une différence significative des indices de corrélation h2 a été observée pendant la période de fin de crise par rapport à toutes les autres périodes d’intérêt. Deuxième étude : Matériel et méthode : Des injections antagonistes aiguës de GABAergic (bicuculline) ont été réalisées sur trois Macaca fascicularis dans la partie sensorimotrice du striatum. Les modifications comportementales ont été enregistrées et scorées selon une échelle de Racine modifiée. L'électromyographie, l'électroencéphalographie, les potentiels de champ locaux des noyaux gris centraux ont été enregistrés au cours de chaque expérience. Une analyse de retromoyenage a été effectuée pour chaque session enregistrée. Résultats: sur les 39 injections de bicuculline, 29 (74,3%) ont produit des changements comportementaux reproductibles caractérisés par des secousses myocloniques répétitives et pseudopériodiques avec des crises tonico-cloniques généralisées. Les injections de NaCl n'ont jamais entraîné de changement de comportement. Les secousses myocloniques étaient clairement détectables sur le signal EMG sous la forme d'une courte bouffée stéréotypée concomitante de pointes épileptiques anormales enregistrées sur l'EEG. Une analyse de rétromoyennage à partir des myoclonies EMG a montré que l'activité électrophysiologique commençait significativement plus tôt dans le striatum (p <0,0001), le GPe (p <0,0003) et le GPi (p <0,0086) que dans le cortex. Conclusion : Ces modifications du niveau de synchronisation entre les activités corticales et striatales pourraient s’inscrire dans un mécanisme endogène contrôlant la durée des oscillations anormales au sein de la boucle striato-thalamo-corticale et, de fait leur terminaison. Les interneurones GABAergic de type fast-spiking pourraient jouer un rôle crucial dans la synchronisation du réseau cortico-striato-thalamique et une modification GABAergique brutale du striatum peut provoquer une crise focale. Le rôle joué par les noyaux gris centraux dans le renforcement des mécanismes sous-jacents à la cessation de la propagation ictale devrait inspirer de nouveaux schémas de stimulation cérébrale profonde chez les patients atteints d'épilepsies focales pharmacorésistantes non chirurgicales. / Background: Although a number of experimental and clinical studies have pointed out participation or an even more prominent role of basal ganglia in focal seizures, the mode of interaction between cortical and striatal signals remains unclear. In the present thesis, we first we took the opportunity of stereoelectroencephalographic recordings in drug-resistant epilepsy patients, to qualitatively and quantitatively analyse the ictal striatum activity. Secondly, we created a primate model of subcortical focal motor seizures induced by GABAergic antagonist striatal injections First study: Patients and method: eleven patients who underwent SEEG evaluation were prospectively included if they fulfilled two inclusion criteria: i) at least one orthogonal intracerebral electrode contact explored the basal ganglia, in their either putaminal or caudate part, ii) at least two SEEG seizures were recorded. Cortical and subcortical regions of interest were defined and different periods of interest were analysed. SEEG was visually inspected and h2 non-linear correlation analysis performed to study functional connectivity between cortical region of interest and striatum. Results: Two main patterns of striatal activation were recorded: the most frequent was characterised by an early alpha/beta activity that started within the first five second after seizure onset. The second one was characterised by a late slower, theta/delta activity. A significant difference in h2 correlation indexes was observed during the preictal and seizure onset period compared to background for global striatal index, mesio-temporal/striatal index, latero-temporal/striatal index, insular/striatal index, prefrontal/striatal index. In addition, a significant difference in h2 correlation indexes was observed during the seizure termination period compared to all the other periods of interest. Second study: Material and method: Experiments were performed on three fascicularis monkeys. Acute GABAergic antagonist (bicuculine) injections were performed within the sensorimotor part of the striatum. Behavioural modifications were recorded and scored according to a modified Racine’s scale. Electromyography, electroencephalography, basal ganglia local field potentials were recorded during each experiment. A backaveraging analysis was performed for each recorded session. Results: over the 39 Bicuculline injections, 29 (74.3%) produced dramatic reproducible behavioural changes characterised by repetitive and pseudo-periodic myoclonic jerks with generalised tonic-clonic seizures. NaCl injections never produced any behavioural changes. Myoclonic jerks were clearly detectable on the EMG signal as short stereotypical EMG burst concomitant from abnormal epileptic spikes recorded on EEG. Back averaging analysis from EMG myoclonia showed that electrophysiological activity started significantly earlier in the striatum (p < 0.0001), the GPe (p < 0.0003) and the GPi (p < 0.0086) than in the cortex. Conclusion: These changes in synchronisation level between cortical and striatal activity might be part of an endogenous mechanism controlling the duration of abnormal oscillations within the striato-thalamo-cortical loop and thereby their termination. GABAergic fast-spiking interneurones might play a crucial role synchronising the cortico-striato-thalamic network and a drastic GABAergic modification of the striatum can induce focal seizures. The role of the basal ganglia role in strengthening mechanisms underlying cessation of ictal propagation should inspire new rationales for deep brain stimulation in patients with intractable focal epilepsy.

Epileptic syndromes with continuous spikes and waves during slow sleep (CSWS) are age-related epileptic encephalopathy characterized by the development of various psychomotor regressions in close temporal concordance with the appearance of the electroencephalogram (EEG) pattern of CSWS (Tassinari et al., 2000). This EEG pattern consists in sleep-related activation and diffusion of spike-wave discharges during usually more than 85% of non-rapid eye movement (non-REM) sleep (Tassinari et al., 2000). A minority of the CSWS cases has been associated to cortical or thalamic lesions (symptomatic cases), while in the other cases, the aetiology is unknown. We reported two families combining benign childhood epilepsy with centro-temporal spikes (BCECS), which is the most common form of idiopathic epilepsy in childhood, and cryptogenic epilepsy with CSWS in first-degree relatives. As idiopathic epilepsies are by definition epilepsies related to a genetic predisposition, these data suggests the existence of a continuum ranging from asymptomatic carriers of centro-temporal spikes to cryptogenic epilepsies with CSWS. This hypothesis is further supported by common clinical characteristics between BCECS and epilepsies with CSWS (Fejerman et al., 2000). Epileptic syndromes with CSWS are characterized by an acute phase defined by the emergence of psychomotor deficits, various types of seizures and CSWS activity at around three to eight years of age (Holmes and Lenck-Santini, 2006; Veggiotti et al., 2001). This acute phase is followed by a recovery phase in which patients’ clinical condition improves together with the remission of CSWS pattern, which spontaneously occur at around 15 years of age but may be prompted by using antiepileptic drugs (AED) including corticosteroids (Holmes and Lenck-Santini, 2006; Veggiotti et al., 2001). This biphasic evolution suggests that CSWS activity largely contributes to the psychomotor deficits observed in these patients (Holmes and Lenck-Santini, 2006; Van Bogaert et al., 2006). However, some authors still consider CSWS activity as an epiphenomenon reflecting the underlying brain pathology, rather than the direct cause of the psychomotor regression (Aldenkamp and Arends, 2004). The pathophysiological mechanisms of how CSWS activity could actually lead to psychomotor regression are still poorly understood. Functional cerebral imaging techniques such as positron emission tomography (PET) or functional magnetic resonance imaging (fMRI), represent unique ways to non-invasively study the impact of epileptic activity on normal brain function. The PET technique using [18F]-fluorodeoxyglucose (FDG) gives information about the regional neuronal glucose consumption via the neurometabolic coupling while the fMRI technique studies the regional perfusional changes directly related to specific events of interest via the neurovascular coupling. We applied both FDG-PET and EEG combined with fMRI (EEG-fMRI) techniques to epileptic children with CSWS to better approach the functional repercussions of CSWS activity on neurophysiological functions and to determine the potential pathophysiological link between CSWS activity and psychomotor regression. In a first FDG-PET study, we determined the regional cerebral glucose metabolic patterns at the acute phase of CSWS in 18 children. We found three types of metabolic patterns: the association of focal hypermetabolism with distinct hypometabolism in 10 patients, focal hypometabolism without any associated area of increased metabolism in five children, and the absence of any significant metabolic abnormality in three patients. The hypermetabolic brain areas were anatomically related to an EEG focus. This anatomical relationship was clearly less consistent for hypometabolic regions. The metabolic abnormalities involved mainly the associative cortices. The metabolic heterogeneity found in these children could be due to the use of corticosteroids before PET as it was significantly associated with the absence of focal hypermetabolism. At the group level, patients with at least one hypermetabolic brain areas showed significant increased metabolism in the right parietal region that was associated to significant hypometabolism in the prefrontal cortex. This finding was interpreted as a phenomenon of remote inhibition of the frontal lobes by highly epileptogenic and hypermetabolic posterior cortex. This hypothesis was supported by effective connectivity analyses which demonstrated the existence of significant changes in the metabolic relationship between these brain areas in this group of children compared to the control group or to the group of children without any significant hypermetabolic brain area. This remote inhibition hypothesis would be reinforced by the demonstration, at the recovery phase of CSWS, of a common resolution of hypermetabolism at the site of epileptic foci and hypometabolism in distant connected brain areas. We thus performed a second FDG-PET study to determine the evolution of cerebral metabolism in nine children recovering from CSWS. At the acute phase of CSWS, all children had a metabolic pattern characterized by the association of focal hypermetabolism with distinct focal hypometabolic areas. The evolution to CSWS recovery was characterized by a complete or almost complete regression of both hypermetabolic and hypometabolic abnormalities. At the group level, the altered effective connectivity found at the acute phase between focal hypermetabolism (centro-parietal regions and right fusiform gyrus) and widespread hypometabolism (prefrontal and orbito-frontal cortices, temporal lobes, left parietal cortex, precuneus and cerebellum) markedly regressed at recovery. These results were of particular interest because they strongly suggested that the metabolic abnormalities observed during the acute phase of CSWS were mainly related to the neurophysiological effects of CSWS activity and not to the underlying cause of the epileptic disease. Moreover, this study confirmed that phenomena of remote inhibition do occur in epileptic syndromes with CSWS. EEG-fMRI is a functional cerebral imaging technique that allows non-invasive mapping of haemodynamic changes directly associated to epileptic activity. In a first EEG-fMRI study, we determined the clinical relevance of the perfusional changes linked to interictal epileptic discharges in a group of seven children with pharmacoresistant focal epilepsy. This study showed that the EEG-fMRI technique is a promising tool to non-invasively localize the epileptic focus and its repercussion on normal brain function in children with epilepsy. Then, to further demonstrate the involvement of CSWS activity in the neurophysiological changes detected by FDG-PET, we used the EEG-fMRI technique to study the perfusional changes directly related to the epileptic activity in an epileptic girl with CSWS. This patient developed a cognitive and behavioural regression in association with a major increase in frequency and diffusion of the spike-wave discharges during the awake state (spike index: 50-75%) and non-REM sleep (spike index: 85-90%). The patient’s neuropsychological profile was dominated by executive dysfunction and memory impairment. During runs of secondarily generalized spike-wave discharges, EEG-fMRI demonstrated deactivations in the lateral and medial fronto-parietal cortices, posterior cingulate gyrus and cerebellum together with focal relative activations in the right frontal, parietal and temporal cortices. These results suggested that the neuropsychological impairment in this case could be related to specific cortical dysfunction secondary to the spread of the epileptic activity from focal hypermetabolic foci. Taken together, both FDG-PET and EEG-fMRI investigations performed in epileptic children with CSWS have shown increases in metabolism/perfusion at the site of the epileptic focus that were associated to decreases in metabolism/perfusion in distinct connected brain areas. These data highly suggest that the neurophysiological effects of CSWS activity are not restricted to the epileptic focus but spread to connected brain areas via a possible mechanism of surrounding and/or remote inhibition. This mechanism is characterised by an epilepsy-induced inhibition of neurons that surround or are remote from the epileptic focus and connected with it via cortico-cortical or polysynaptic pathways (Witte and Bruehl, 1999). The existence of surrounding and remote inhibition phenomena have been well documented in different types of animal models of focal epilepsy using various functional cerebral imaging methods such as autoradiography or optical imaging (Bruehl et al., 1998; Bruehl and Witte, 1995; Witte et al., 1994). Their occurrence in human epilepsy have also been suspected in temporal or extra-temporal lobe epilepsies using FDG-PET, EEG-fMRI or single photon emission computed tomography (SPECT) (Blumenfeld et al., 2004; Schwartz and Bonhoeffer, 2001; Van Paesschen et al., 2003; Van Paesschen et al., 2007). Moreover, the demonstration of the regression of distant hypometabolic areas after surgical resection or disconnection of the epileptic focus further suggest that such inhibition mechanism do occur in epilepsy (Bruehl et al., 1998; Jokeit et al., 1997). On a clinical point of view, the demonstration of the existence of such inhibition mechanisms in epilepsies with CSWS brings new important insights for the understanding of the pathophysiological mechanisms involved in the psychomotor regression observed in these conditions. Indeed, these data highly suggest that the psychomotor regression is not only related to the neurophysiological impairment at the site of the epileptic foci but also to epilepsy-induced neurophysiological changes in distant connected brain areas.

L'épilepsie-absence est un syndrome épileptique dont le principal symptôme est une altération transitoire de la conscience, avec décharges pointes-ondes généralisées, qui ont pour origine un dysfonctionnement dans la boucle cortico-thalamique, et naissant dans une sous-population de neurones pyramidaux localisée dans les couches profondes du cortex somatosensoriel. A l'aide d'enregistrements EEG et intracellulaires in vivo dans un modèle animal: les Genetic Absence Epilepsy Rats from Strasbourg, j'ai examiné comment l'excitation initiale des neurones ictogèniques lors des crises est suivie par une hyperpolarisation synaptique chlore-dépendante, concomitante d'une décharge en bouffées dans les interneurones GABAergiques locaux. Le système GABA exerce un effet strictement inhibiteur et contraint la décharge des neurones ictogéniques dans une fenêtre temporelle étroite. Dans une deuxième étude chez l'homme et chez le GAERS, j'ai exploré comment des informations sensorielles sont traitées au cours des DPO. Chez l'enfant épileptique, des stimulations visuelles résultent en des potentiels évoqués occipitaux, plus amples que chez les sujets non-épileptiques. Des stimulations tactiles chez le GAERS induisent lors des crises des potentiels évoqués dans l'EEG et, dans les neurones pyramidaux sous-jacents, des potentiels synaptiques excitateurs plus amples que dans la condition inter-critique. Les troubles de la conscience lors des absences ne résultent donc pas d'un filtrage des informations sensorielles. L'ensemble des recherches fournit des données nouvelles sur les propriétés fonctionnelles des circuits corticaux exprimant les paroxysmes électriques lors des crises d'absence

Des mutations dans le gène doublecortine (DCX) sont responsables de lissencéphalie de type 1 ou d'hétérotopie laminaire sous-corticale. Les souris invalidées pour le gène Dcx sont épileptiques et présentent des anomalies hippocampiques, avec notamment la présence de deux couches de cellules pyramidales spécifiquement dans l'aire CA3 de cette structure. Cette hétérotopie hippocampique est associée à une hyperexcitabilité. Notre but est d'identifier les mécanismes moléculaires et cellulaires responsables de cette hyperexcitabilité chez les souris Dcx. Pendant ma thèse, j'ai pu isoler les neurones mal-positionnés de la région CA3 de l'hippocampe, afin de comparer leurs profils d'expression génique à ceux des neurones de la région CA3 des souris contrôles. Les résultats au stade P0 (jour de la naissance des souris), montrent que les profils d'expression génique de chacune des deux couches hétérotopiques présentes chez les souris Dcx, diffèrent entre eux ainsi qu'en comparaison avec les profils de la couche pyramidale des contrôles. Sur le plan fonctionnel, cette étude indique des perturbations au niveau des organelles intracellulaires, tels que les mitochondries et l'appareil de Golgi. En étudiant séparément les profils associés à chacune des deux couches des souris Dcx, nous avons mis en évidence des différences de degrés de maturité neuronale entre chacune des couches. L'utilisation de marqueurs moléculaires spécifiques aux couches en combinaison avec des expériences d'injections de bromo-désoxy-uridine (BrdU) une inversion des couches neuronales présentes chez les mutants. En complément des données d'expression génique, des analyses morphologiques et ultrastructurales indiquent que les cellules hétérotopiques, présentent des anomalies d'organelles intracellulaires, avec notamment des défauts de mitochondries et des modifications de l'appareil de Golgi. Qui plus est, nos données montrent une augmentation significative de la mort cellulaire dans les régions CA1 et CA3 de l'hippocampe. Aussi, nous avons également montré que les couches hétérotopiques étaient hétérogènes, présentant notamment des distributions anormales des précurseurs d'oligodendrocytes et des interneurones exprimant la somatostatine. Ces résultats ouvrent donc de nouvelles perspectives pour mieux comprendre la physiopathologie de ces maladies graves associées à des hétérotopies neuronales dans le cerveau, de l'épilepsie et des déficits cognitifs

Dans le cas des épilepsies focales motrices pour lesquels la chirurgie résective n'est pas indiquée, la stimulation à haute fréquence a été proposée comme une technique alternative. Afin de mieux comprendre le rôle des ganglions de la base (GB) dans ce type de crise, il est tout d'abord nécessaire de déterminer l'impact des décharges néocorticales paroxystiques sur l'ensemble du circuit des GB (le striatum, le pallidum, le NST et la SNr). Pour cela nous avons tout d'abord mis en point un modèle de crises focales chez le primate par injection intra-corticale de pénicilline. Les crises obtenues étaient très focales et avaient une bonne reproductibilité inter et intra individuelle. Durant les périodes interictales, les changements électrophysiologiques n'apparaissaient qu'à la suite des pointes interictales. En effet, aucune différence n'a pu être notée entre l'activité unitaire de l'état de base et durant les périodes interictales exemptes de pointe alors que d'importantes modifications ont pu être observées dans les millièmes de secondes qui suivaient la pointe. Ces pointes interictales induisaient des changements tant au niveau unitaire qu'au niveau des potentiel de champs locaux. L'analyse de ces mêmes activités électrophysiologiques durant les périodes ictales nous a permis de montrer que les modifications n'étaient pas homogènes pour les différentes structures. Ces résultats nous ont amené à envisager l'existence de 2 boucles impliquées de façon différente dans la propagation et le contrôle des crises. La boucle cortico-subthalamo-nigrale serait préférentiellement impliquée dans la propagation des crises alors que la boucle cortico-putamino-pallidale serait peut être impliquée dans le contrôle des crises. Une seconde étude a été faite sur des crises focales prémotrices afin d'évaluer la spécificité des réseaux impliqués en fonction du types de crises. Nous avons ainsi pu montrer que l'implication des structures étaient différentes avec notamment de ce cas là une plus forte implication du noyau caudé et de la SNr. Cette étude a donc permis d'établir l'implication des GB lors de crises focales motrices chez le primate, de mettre en évidence l'existence de plusieurs boucles fonctionnelles pouvant être impliquées dans de ce type de crises.

Le but de ce travail est d'identifier l'effet de certaines caractéristiques liée aux individus et aux paradigmes expérimentaux sur l'organisation inter-hémisphérique (spécialisation hémisphérique) et intra-hémisphérique (cartographie fonctionnelle) du langage, (a) en condition physiologique chez les sujets sains et (b) en condition pathologique chez des patients présentant une épilepsie focale et pharmaco-résistante. Pour aborder cette question, une approche méthodologique expérimentale pluridisciplinaire a été utilisée. Plus spécifiquement nous avons évalué l'effet des variables inter-individuelles (sexe, préférence manuelle, et caractéristiques pathologiques) et intra-individuelles (opération linguistique, tâche, type de stimuli) sur l'organisation cérébrale du langage. L'un des objectifs de ce travail est de corroborer les données issues de différentes méthodes pour mettre en place un modèle de représentation et de réorganisation langagière, en fonction des facteurs considérés. Un second objectif de ce travail est de proposer aux cliniciens des outils permettant de quantifier la spécialisation hémisphérique chez les patients épileptiques. Nos résultats chez les sujets sains mettent en évidence une interaction entre les variables inter- et intra-individuelles sur le degré de spécialisation hémisphérique et sur la cartographie fonctionnelle du langage. Chez les patients épileptiques, nos résultats préliminaires permettent de mettre en relation les patterns de réorganisation cérébrale et les variables évaluées. L'ensemble de nos résultats montre que la neuropsychologie cognitive et la neuroimagerie fonctionnelle apportent des informations complémentaires nous permettant une meilleure compréhension des mécanismes d'organisation et réorganisation cérébrale. Mots clés : langage, spécialisation, hémisphère, champ visuel divisé, IRMf, phonologie, sémantique, prosodie, sexe, sain, épileptique, plasticité, réorganisation.

Background: Vagus nerve stimulation is increasingly applied to treat epilepsy, psychiatric conditions and potentially chronic heart failure. After implanting vagus nerve electrodes to the cervical vagus nerve, side effects such as voice alterations and dyspnea or missing therapeutic effects are observed at different frequencies. Cervical vagus nerve branching might partly be responsible for these effects. However, vagus nerve branching has not yet been described in the context of vagus nerve stimulation. Materials and methods: Branching of the cervical vagus nerve was investigated macroscopically in 35 body donors (66 cervical sides) in the carotid sheath. After X-ray imaging for determining the vertebral levels of cervical vagus nerve branching, samples were removed to confirm histologically the nerve and to calculate cervical vagus nerve diameters and cross-sections. Results: Cervical vagus nerve branching was observed in 29%of all cases (26% unilaterally, 3% bilaterally) and proven histologically in all cases. Right-sided branching (22%) was more common than left-sided branching (12%) and occurred on the level of the fourth and fifth vertebra on the left and on the level of the second to fifth vertebra on the right side. Vagus nerves without branching were significantly larger than vagus nerves with branches, concerning their diameters (4.79mm vs. 3.78mm) and cross-sections (7.24 mm2 vs. 5.28mm2). Discussion: Cervical vagus nerve branching is considerably more frequent than described previously. The side-dependent differences of vagus nerve branching may be linked to the asymmetric effects of the vagus nerve. Cervical vagus nerve branching should be taken into account when identifying main trunk of the vagus nerve for implanting electrodes to minimize potential side effects or lacking therapeutic benefits of vagus nerve stimulation.

Les canaux calciques dépendants du voltage sont impliqués dans de nombreux processus cellulaires tels que la contraction musculaire, la libération des neurotransmetteurs et la régulation de l’expression génique. Ces canaux sont constitués d’une sous-unité canalaire α1, qui permet l’entrée des ions calciques dans le milieu intracellulaire, généralement associée à différentes sous-unités auxiliaires (α2δ, γ et β) qui régulent les fonctions du canal. La sous-unité auxiliaire β (Cavβ) joue un rôle capital dans l’adressage membranaire du canal et dans la régulation de ses propriétés biophysiques. Des études récentes décrivent cette sous-unité comme une protéine multifonctionnelle capable d’accomplir des fonctions indépendantes du canal. Quatre différentes isoformes de Cavβ sont codées par 4 gènes différents et caractérisées par des similarités structurales mais une distribution tissulaire différente. L’isoforme Cavβ4 est principalement exprimée dans le cerveau et le cervelet jouant ainsi un rôle important dans la régulation des courants calciques neuronaux. L’importance des fonctions neuronales de Cavβ4 a été soulignée par le fait que la mutation R482X de Cavβ4 a été associée à une forme d’épilepsie humaine.Mon travail de thèse a porté sur l’étude du rôle de Cavβ4 dans le contrôle de la division cellulaire et son implication dans la voie de signalisation Wnt. J’ai également étudié l’influence de la mutation R482X sur cette nouvelle fonction de Cavβ4.Dans ce but, des cellules CHO exprimant de manière stable Cavβ4 ou son mutant épileptique (Cavβ1-481) ont été générées et la localisation subcellulaire des deux protéines ainsi que leur implication dans la prolifération et la progression du cycle cellulaire ont été étudiées. Dans ces cellules, Cavβ4 subit une translocation nucléaire et se retrouve préférentiellement dans les nucléoles. Néanmoins, la délétion de 38 acides aminés de l’extrémité C-terminale de Cavβ4, correspondante à la mutation R482X, empêche sa translocation nucléolaire. L’expression de Cavβ4 réduit considérablement la capacité proliférative des cellules. Cette réduction semble être dépendante de la localisation nucléaire, voir nucléolaire de Cavβ4, parce que le mutant Cavβ1-481 n’induit aucune inhibition de la prolifération. D’un autre côté, l’expression de chacune de ces protéines entraine une modification du cycle cellulaire et l’altération de l’expression de certains gènes liés au cycle.Étant donné que la voie de signalisation Wnt/β-caténine est connue comme l'une des voies les plus importantes contrôlant la prolifération cellulaire, j’ai étudié l'effet de l’expression de Cavβ4 sur cette voie. J’ai ainsi pu montrer que Cavβ4, mais pas Cavβ1-481, réduit considérablement la transcription des gènes cibles de la β-caténine et ralenti la prolifération cellulaire. Cette inhibition est due à une interaction directe entre Cavβ4 et TCF4 qui empêche l’interaction de TCF4 avec la β-caténine et prévient la transcription des gènes cibles.L’ensemble de ces résultats suggèrent que Cavβ4 peut jouer un rôle dans le contrôle de la prolifération au cours du développement, en particulier dans les cellules neuronales. / The voltage gated calcium channels are involved in many cellular processes such as muscle contraction, neurotransmitter release and regulation of gene expression. These channels consist of the pore-forming subunit α1 usually associated with different regulatory subunits: α2δ, β and γ. The auxiliary subunit β (Cavβ) plays a key role in regulating membrane trafficking of the channel and its biophysical properties. Recent studies describe this subunit as a multifunctional protein that can also perform calcium channel-independent functions such as gene regulation. Four different isoforms of Cavβ are encoded by 4 different genes and are characterized by structural similarities but different tissue distribution. Cavβ4 isoform is mainly expressed in the brain and cerebellum, thus, playing an important role in the regulation of neuronal calcium currents. The importance of Cavβ4 neuronal functions has been highlighted by its R482X mutation that was associated to a form of human epilepsy.The aim of my thesis was to study the role of Cavβ4 in the control of cell division and its involvement in the Wnt signaling pathway. I also studied the influence of the R482X mutation on this new function of Cavβ4.To this end, CHO cells stably expressing Cavβ4, or its epileptic mutant (Cavβ1-481), were generated and the subcellular localization of the two proteins and their implication in the proliferation and cell cycle progression were studied. In these cells, Cavβ4 undergoes nuclear translocation and is found preferentially in the nucleoli. However, the deletion of 38 amino acids in the C-terminus domain of Cavβ4, corresponding to the R482X mutation, prevents its nucleolar translocation. In addition, the expression of Cavβ4 significantly reduces the proliferative rate of the cells. This reduction seems to be linked to Cavβ4 nuclear localization because the epileptic mutant is unable to slow down cell proliferation. On the other hand, the expression of each of these proteins is able to deregulate cell cycle progression and to alter the expression of many genes linked to the cycle.Since the Wnt/β-catenin pathway is known as one of the most important pathways controlling cell proliferation, I studied the effect of Cavβ4 expression on this signaling pathway. Indeed, Cavβ4, but not Cavβ1-481, substantially reduces the transcription of β-catenin-dependant genes and therefore slows down cell proliferation. This inhibition is due to a direct interaction between Cavβ4 and TCF4 that prevents the interaction of TCF4 with β-catenin, and thereafter negatively regulates the transcription of targeted genes.These findings suggest that Cavβ4 can play a role in the control of proliferation during development, particularly in neuronal cells.

Ce travail de thèse avait pour objectif de déterminer la « meilleure » approche neurochirurgicale, entre l´amygdalo-hippocampectomie sélective (SAH) et la lobectomie temporale antérieure (ATL) dans le cadre d´épilepsie temporomésiale pharmacorésistante avec sclérose hippocampique unilatérale. Pour réaliser cette étude, trois critères ont été appréciés : la guérison des crises, l´impact sur les fonctions mnésiques et l´impact sur les capacités de reconnaissance des émotions faciales (FER). Ces critères ont été évalués lors d’un suivi à long terme ; en moyenne 7 ans après la résection. Pour ce faire, 2 populations de patients souffrant d´une épilepsie temporale ont été étudiées, les uns soignés en Allemagne, et les autres opérés en France. Tous ont été sélectionnés rétrospectivement et les deux groupes sont supposés homogènes en raison d´une sélection très drastique. Les résultats obtenus ont mis en évidence une relative supériorité de la méthode la plus sélective concernant l´impact sur les fonctions mnésiques, sans pour autant objectiver une réduction significativement moindre de l´arrêt des crises. L’implication du pôle temporal dans les capacités de mémoire à court terme et de mémoire de travail a été démontrée, les patients du groupe SAH objectivant des performances supérieures en postopératoire comparées aux performances du groupe ATL. Concernant les émotions, une atteinte hémisphérique unilatérale est en lien avec un déficit de FER, indépendamment de la méthode neurochirurgicale employée. Ainsi, cette étude suggère une préférence de la méthode sélective, puisqu´elle permet une atteinte moindre des fonctions mnésiques sur un suivi postopératoire à très long terme. / The objective of this thesis work was to examine the “best” neurosurgical method, between selective amygdalohippocampectomy (SAH) and anterior temporal lobectomy (ATL) in the context of pharmacoresistant mesial temporal lobe epilepsy with unilateral hippocampal sclerosis. In order to execute this study, three criteria were taken into account: seizure freedom, the effect on memory and facial emotion recognition capacities (FER).These criteria were studied after a long-term delay of 7 years after the resection. Hence, two populations of patients suffering from temporal lobe epilepsy that were either treated in Germany and the others had received surgery in France. All were selected retrospectively and both groups were supposed to be homogenous due to strong selection criteria. The results showed a better outcome for the most selective method, concerning the impact on memory, however there was no significant reduction of seizures.The implication of the temporal pole in the capacities of short-term memory and working memory was shown, with patients from the SAH group showing superior postoperative performances when compared with performances of the ATL group. Concerning emotions, a unilateral lesion is related to deficits of FER independently of the neurosurgical method applied.Therefore this study shows a better outcome for the selective method, since it allows for reduced damage concerning mnesic functions on a very long-term postoperative follow-up.