Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Epilepsie,Stimulation cérébrale électrique,Localisation des crises,,
Keywords
Epilepsy,Electrical brain stimulation,Seizure localization,,
Titre de thèse
Induction de crises focales utilisant une stimulation cérébrale profonde via des champs électriques interférant temporellement
Focal seizure induction using deep brain stimulation via temporally interfering electric fields
Date
Vendredi 9 Avril 2021 à 16:00
Adresse
Institut de Neurosciences des Systèmes
27 Boulevard Jean Moulin
13005 Marseille, France salle de visioconférence
Jury
Rapporteur |
M. Brian LITT |
Western University |
Rapporteur |
M. Lyle MULLER |
University of Pennsylvania |
CoDirecteur de these |
M. Adam WILLIAMSON |
Aix-Marseille University |
Directeur de these |
M. Yuri ZILBERTER |
Aix-Marseille University |
Examinateur |
Mme Mary DONAHUE |
Linkoping University |
Résumé de la thèse
Chez les patients atteints dépilepsie focale pharmaco-résistante, la stimulation électrique par électrodes intracrâniennes est fréquemment utilisée lors de la localisation des zones épileptogènes et des réseaux pathologiques associés. Les tissus stimulés électriquement génèrent des oscillations de gamme bêta et gamma, appelées décharges rapides, et sont une indication fréquente dune zone épileptogène. Cependant, il existe des limites à la stimulation intracrânienne comme lemplacement fixe des électrodes et leur nombre implantées, laissant de nombreuses régions du cerveau cliniquement et fonctionnellement inexplorées. Dans cette thèse, je présente et décris une technique alternative qui repose exclusivement sur des électrodes de surface non pénétrante, permettant lapplication de champs électriques à interférence temporelle (TI) mais aussi avec orientation réglable. Le but est de cibler le CA3 de lhippocampe chez la souris qui évoque de manière focalisée des événements de type crise (SLE) ayant les fréquences caractéristiques des décharges rapides mais sans la nécessité des électrodes implantées. Lorientation des électrodes topiques par rapport à celle de lhippocampe contrôle fortement le seuil dévocation des SLE. En outre, je décris lutilisation de la modulation de largeur dimpulsion des ondes carrées comme alternative aux ondes sinusoïdales pour la stimulation TI. Une analyse dépendante de lorientation des électrodes classiques implantées pour évoquer les SLE dans lhippocampe est ensuite utilisée pour étayer les résultats des champs à interférence temporelle mini-invasive. Les principes de la stimulation TI à orientation réglable que lon voit ici peuvent être ainsi applicables à un large éventail dautres tissus et régions cérébrales excitables. Ceci permettrait de surmonter les limitations des électrodes fixes qui pénètrent dans les tissus mais aussi celles dautres méthodes de stimulation non invasives dans lépilepsie, comme la stimulation magnétique transcrânienne (TMS).
Thesis resume
In patients with focal drug-resistant epilepsy, electrical stimulation from intracranial electrodes is frequently used for the localization of seizure onset zones and related pathological networks. The ability of electrically stimulated tissue to generate beta and gamma range oscillations, called rapid-discharges, is a frequent indication of an epileptogenic zone. However, a limit of intracranial stimulation is the fixed physical location and number of implanted electrodes, leaving numerous clinically and functionally relevant brain regions unexplored. In this thesis, I present and describe an alternative technique relying exclusively on non-penetrating surface electrodes, namely an orientation-tunable form of temporally-interfering (TI) electric fields to target the CA3 of the mouse hippocampus which focally evokes seizure-like events (SLEs) having the characteristic frequencies of rapid-discharges, but without the necessity of the implanted electrodes. The orientation of the topical electrodes with respect to the orientation of the hippocampus is demonstrated to strongly control the threshold for evoking SLEs. Additionally, I describe the use of Pulse-width-modulation of square waves as an alternative to sine waves for TI stimulation. An orientation-dependent analysis of classic implanted electrodes to evoke SLEs in the hippocampus is subsequently utilized to support the results of the minimally-invasive temporally-interfering fields. The principles of orientation-tunable TI stimulation seen here can be generally applicable in a wide range of other excitable tissues and brain regions, overcoming several limitations of fixed electrodes which penetrate tissue and overcoming several limitations of other noninvasive stimulation methods in epilepsy, such as transcranial magnetic stimulation (TMS).