Measuring the effects of direct electrical stimulation during awake surgery of low grade glioma

par Marion Vincent

Thèse de doctorat en Systèmes automatiques et micro-électroniques

Sous la direction de François Bonnetblanc et de David Guiraud.

Le président du jury était Emmanuel Mandonnet.

Le jury était composé de François Bonnetblanc, David Guiraud, Emmanuel Mandonnet, Olivier David, Catherine Marque, Hugues Duffau.

Les rapporteurs étaient Olivier David, Catherine Marque.

  • Titre traduit

    Mesure des effets de la stimulation électrique directe du cerveau lors de chirurgie éveillée des gliomes de bas grade


  • Résumé

    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.


  • Résumé

    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.

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