Study of the perceptive-mnesic role of the medial temporal lobe using intracerebral evoked potentials
Étude du rôle perceptivo-mnésique du lobe temporal médial par les potentiels évoqués intracérébraux
Résumé
The temporal lobe is conventionally divided into two functional systems: the ventral visual pathway and the medial temporal mnemonic system. However, this functional separation has been questioned by several studies suggesting that the medial temporal lobe would be better understood as an extension of the ventral visual pathway hierarchically organized. The aim of this thesis was to study the perceptive-mnestic role of the medial temporal lobe. We have tested using intracerebral EEG recordings (SEEG) if (i) the medial, lateral and ventral regions of the temporal lobe could be grouped into functionally distinct modules and, (ii) which areas were at the interface of these functional modules. To answer these questions, we studied the effective connectivity derived from cortico-cortical evoked potentials elicited by electrical stimulations from low intensity, low frequency (0.5mA, 1Hz, 4ms) conducted in 16 patients with drug-resistant temporal or temporo-occipital epilepsies at their pre-surgical long-term monitoring of intracerebral electroencephalographic activity. Eleven regions of interest were defined within the temporal lobe based on anatomical landmarks such as gyri and sulci. We built an effective connectivity model within the temporal lobe, based on the electrophysiological characteristics of cortico-cortical evoked potentials, such as the occurences, latencies and amplitudes of the peaks of the first component of the evoked potential. The model was discussed from the perspective of a global functional organization due to the non-independence of its electrophysiological characteristics. The amplitude and latency of the evoked potentials showed consistent probability distributions with the information transfer in cognitive observations. Graph theory has provided algorithms that can extract the relevant characteristics of the network, such as the centrality of the regions, their functional segregations or the ways of interaction between functional subsets of the regions within the temporal lobe. In particular, the rhinal cortex appeared as the most central structure of the temporal lobe whereas the superior temporal gyrus appeared as the less central. The medial temporal lobe could be segregated as a functional module by itself. The temporal pole appeared as a convergence area of the information transfer from the lateral temporal lobe structures to the medial structures. Anterior fusiform gyrus acted as a dual interface of convergence of neocortical afferences and feedback from medial structures. Furthermore, the hippocampus behaved as an amplifier of neocortical afferent signal passing through the amygdala and the rhinal cortex, and redistributed this amplification to the limbic structures. The posterior hippocampus acted as a way out of the medial structures modulating the posterior parahippocampal gyrus in a almost unidirectional manner. Our study provides a regional or macroscopic model of the transfer of electro-physiological information within the human temporal lobe. Our results were discussed in line with current cognitive models of 'pattern completion' and 'temporal binding'
Le lobe temporal est classiquement divisé en deux systèmes fonctionnels: la voie visuelle ventrale et le système mnésique temporal médial. Cependant, cette séparation fonctionnelle a été remise en question par plusieurs études suggérant que le lobe temporal médial serait mieux compris comme une extension de la voie visuelle ventrale hiérarchiquement organisée. Le but de cette thèse était d’étudier le rôle perceptivo-mnésique du lobe temporal médial. Nous avons ainsi voulu tester à l’aide d’enregistrement électro-encéphalographiques intracérébraux (SEEG) si : (i) les régions médiale, ventrale et latérale du lobe temporal pouvaient être regroupées dans des ensembles fonctionnellement distincts et, (ii) quelles régions étaient à l’interface de ces ensembles fonctionnels. Pour répondre à ces questions, nous avons étudié la connectivité effective dérivée de potentiels évoqués cortico-corticaux issus de stimulations électriques de faible intensité et de basse fréquence (0.5mA, 1Hz, 4ms) réalisées chez 16 patients atteints d’épilepsies pharmaco-résistantes temporale ou temporo-occipitale, lors de leur évaluation pré-chirurgicale par la surveillance à long terme des activités intracérebrales électro-encéphalographiques. Onze régions d'intérêt ont été délimitées au sein du lobe temporal en fonction de repères anatomiques tels que les gyri et sulci. Un modèle de connectivité effective au sein du lobe temporal a été extrait, basé sur les caractéristiques électrophysiologiques des potentiels évoqués cortico-corticaux, telles que les occurrences, amplitudes et latences des pics de la première composante du potentiel évoqué. Le modèle a été discuté du point de vue d’une organisation fonctionnelle globale du fait de la non-indépendance de ses caractéristiques électrophysiologiques. L’amplitude et la latence des potentiels évoqués ont montré des distributions de probabilité cohérente avec les observations de transfert d'informations cognitive. La théorie des graphes nous a fourni des algorithmes pouvant extraire les caractéristiques pertinentes du réseau, telles que la centralité des régions, leur ségrégation fonctionnelle ou les voies d’interaction entre les sous-ensembles fonctionnels des régions du lobe temporal. En particulier, le cortex rhinal est apparu comme la structure la plus centrale du lobe temporal alors que le gyrus temporal supérieur était la moins centrale. Le lobe temporal médial a pu être ségrégué en un ensemble fonctionnel à part entière. Le pôle temporal est apparu comme une zone de convergence et de transfert de l’information provenant des structures du lobe temporal latéral vers les structures médiales. Le gyrus fusiforme antérieur a montré des caractéristiques d’interface duale de convergence d’afférences néocorticales et de rétrocontrôle issu des structures médiales. Par ailleurs, l'hippocampe a montré un rôle d’amplificateur du signal des afférences néocorticales passant par l’amygdale et le cortex rhinal, pour être redistribuée vers les structures limbiques. L’hippocampe postérieur se comportait comme une voie de sortie des structures médiales modulant le gyrus parahippocampique postérieur de manière quasi-unidirectionnelle. Notre étude fournit un modèle régional ou macroscopique du transfert de l’information électro-physiologique au sein du lobe temporal humain. Nos résultats ont été discutés à la lumière des modèles cognitifs actuels de ‘complétion de l’information’ et du ‘binding temporel’
Origine : Version validée par le jury (STAR)