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EEG haute résolution (EEG-HR) et magnétoencéphalographie (MEG)
Disponible en ligne sur www.sciencedirect.com
Neurochirurgie 54 (2008) 185–190
Rapport 2008 : Traitements chirurgicaux de l’épilepsie Évolution des techniques d’EEG et de traitement du signal
EEG haute résolution (EEG-HR) et magnétoencéphalographie (MEG) High-resolution EEG (HR-EEG) and magnetoencephalography (MEG) M. Gavaret a,b,c,∗ , J.-M. Badier a,b , P. Chauvel a,b,c a
Laboratoire de neurophysiologie et neuropsychologie, Inserm UMR 751, 13385 Marseille, France b Faculté de médecine, université Aix Marseille, Marseille, France c Service de neurophysiologie clinique, hôpital de la Timone, Assistance Publique–Hôpitaux de Marseille, Marseille, France Rec¸u le 11 f´evrier 2008 ; accepté le 13 f´evrier 2008 Disponible sur Internet le 15 avril 2008
Abstract HR-EEG (high resolution EEG) and MEG (magnetoencephalography) allow the recording of cerebral electromagnetic activities with excellent temporal resolution. These tools have also considerably progressed in spatial resolution and now constitute real methods of Electric and Magnetic Source Imaging. Their limits and the precision of the results obtained are discussed in distinct types of partial epilepsy. HR-EEG and MEG allow localization of scalp-EEG interictal spikes and more rarely ictal activities. They now contribute to the presurgical evaluation of pharmacoresistant partial epilepsies. These investigations appear to be of particular importance in presurgical assessment of MRI-negative epilepsy. © 2008 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Résumé L’EEG-HR (EEG Haute Résolution) et la MEG (Magnétoencéphalographie) permettent d’enregistrer les activités électromagnétiques cérébrales avec une excellente résolution temporelle. Ces outils ont également considérablement progressé sur le plan spatial et constituent à l’heure actuelle de véritables moyens d’Imagerie de Sources Electrique et Magnétique. Leurs limites et la précision des résultats sont exposés dans différents types d’épilepsie partielle. L’EEG-HR et la MEG permettent de localiser les pointes intercritiques, mais aussi les activités critiques, et contribuent aujourd’hui au bilan préchirurgical des épilepsies partielles pharmacorésistantes. Ces explorations se révèlent particulièrement importantes dans l’exploration des épilepsies partielles IRM négative. © 2008 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Keywords: EEG; MEG; Source localisation; Epilepsy Mots clés : EEG ; MEG ; Localisation de source ; Épilepsie
L’EEG et la magnétoencéphalographie (MEG) permettent, grâce à leur excellente résolution temporelle, d’explorer en temps réel la dynamique des activités cérébrales. Les progrès techniques et méthodologiques qui ont accompagné l’arrivée de la MEG (Wikswo et al., 1993) permettent une analyse de plus en plus précise des signaux recueillis en surface, d’une part sur le plan temporel et, d’autre part, sur le plan spatial, permettant ainsi de localiser dans l’espace anatomique cérébral les sources
des activités électromagnétiques. L’EEG et la MEG sont deux modalités d’exploration cérébrale totalement non invasives. Les modèles biophysiques utilisés pour les localisations de source reposent sur une modélisation des sources d’activités électromagnétiques cérébrales, et une modélisation des milieux dans lesquelles elles se propagent, ainsi que sur des algorithmes de résolution du problème inverse. 1. EEG haute résolution
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Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (M. Gavaret).
0028-3770/$ – see front matter © 2008 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.neuchi.2008.02.014
L’EEG acquis avec une haute résolution spatiale (à partir de 32 électrodes), une haute résolution tempo-
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relle (fréquence d’échantillonnage élevée) et ensuite étudié avec des outils de localisation de source définit l’EEG haute résolution (EEG-HR). Le problème dit inverse (étant donné un champ de potentiels recueillis en surface, quelle est la configuration de sources qui en est à l’origine ?) n’a pas de solution unique. Le problème peut être résolu en utilisant différents algorithmes introduisant des contraintes ou connaissances a priori sur le signal lui-même, l’anatomie ou la physiopathologie. L’acquisition des signaux et surtout le traitement des données de localisation de source comportent de nombreuses étapes dont certaines ne sont pas encore standardisées. L’EEG-HR fait maintenant l’objet d’une codification CCAM. Les étapes d’un EEG-HR sont les suivantes (Fig. 1) : • l’acquisition des signaux : les signaux électriques sont enregistrés avec de hautes résolutions sur le plan spatial (32/64/128 électrodes) et sur le plan temporel (fréquence d’échantillonnage supérieure à 1000 Hz). Une large bande passante est utilisée (0,15–200 Hertz) ; • la mesure des positions des électrodes : les positions de trois points de repère (nasion, tragus droit et gauche), de chacune
des électrodes et du massif facial supérieur sont enregistrées (le plus souvent à l’aide d’un système de mesure magnétique) et sont fusionnées avec l’IRM 3D du patient ; • la sélection des pointes intercritiques : les pointes intercritiques sont sélectionnées et éventuellement classifiées en différents types. Les outils de localisation de source peuvent être également utilisés sur les premiers éléments électrophysiologiques d’une crise ; • l’élaboration d’un modèle réaliste des milieux de propagation : les activités électriques cérébrales traversent des milieux de conductivités distinctes. L’os, étant 30 à 50 fois moins conducteur que les autres milieux, influence fortement la distribution des potentiels électriques sur le scalp. L’élaboration d’un modèle réaliste est effectuée à partir de l’IRM 3D du patient, par la méthode dite des éléments frontières (Hämäläinen et Sarvas, 1989). La première étape est constituée par la segmentation des principaux milieux de conductivités distinctes (espace intracrânien/os/scalp). Une triangulation réalise ensuite un maillage entre les différents points de chacune des segmentations. Une matrice de transfert EEG est ensuite calculée, avec une conductivité attribuée à chacun des volumes, permettant le passage
Fig. 1. Méthodologie de l’EEG-HR. L’acquisition de l’EEG est réalisée avec une haute résolution spatiale et temporelle. Les positions des 64 électrodes et le contour du massif facial sont numérisées, puis recalées sur l’IRM 3D du patient. Un modèle réaliste des milieux de propagation est élaboré à partir de l’IRM 3D du patient. Il comporte une segmentation des principaux milieux de conductivités distinctes : milieu intracrânien, crâne, scalp. À partir des signaux EEG sélectionnés, les localisations de sources sont réalisées avec des algorithmes permettant de résoudre le problème inverse : ici, l’exemple de MUSIC. Fig. 1. Methodology for HR-EEG. The EEG is acquired with a high spatial and temporal resolution. The positions of the 64 electrodes and the contour of the face are digitized and then fit on the patient’s 3D MRI. A realistic model of the propagation environment is constructed based on the patient’s 3D MRI. It includes segmentation of the main distinct conductivity environments: intracranial, cranial, and scalp. Based on the selected EEG signals, the sources are localized with algorithms that can solve the inverse problem. Illustrated here is the MUSIC example.
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d’un modèle conducteur homogène infini à un modèle réaliste ; • la localisation de source : les algorithmes les plus simples sont des dipôles équivalents uniques (Scherg, 1990). D’autres méthodes ont été développées telles que MUSIC (Mosher et al., 1992) qui est une méthode dans laquelle un ensemble de dipôles équivalents est positionné (de fac¸on équidistante) dans le volume intracrânien. Après une analyse en composante principale du signal, l’algorithme met en évidence la contribution au signal de chacun de ces dipôles élémentaires. D’autres méthodes tentent au travers d’un filtre spatial (méthodes de beam former) de déterminer la contribution spécifique de chaque région considérée du cerveau (Vrba et Robinson, 2001). Certains algorithmes estiment l’implication de patchs localisés au niveau de l’interface blanc–gris du cerveau, de surfaces variables (50 à 500 mm2 ) (Jerbi et al., 2004). De nouveaux types d’algorithmes sont régulièrement décrits (Michel et al., 2004) et aucun ne s’est pour l’instant imposé comme référence. 2. Magnétoencéphalographie (MEG) Les champs magnétiques d’origine cérébrale ont une amplitude extrêmement faible par rapport au champ magnétique terrestre et au bruit magnétique de l’activité urbaine (quelque 10−12 Tesla pour les champs magnétiques cérébraux, et 10−6 Tesla pour le champ magnétique terrestre) (Reite et al., 1976). Les premiers signaux magnétiques cérébraux ont été enregistrés en 1968 (Cohen, 1968). La MEG s’est ensuite développée grâce à la découverte des matériaux supraconducteurs qui entrent dans la composition des superconducting quantum interference device (SQUID). Deux supraconducteurs reliés par des jonctions Josephson permettent de transformer une variation même très faible du champ magnétique en une tension électrique. Pour effectuer des enregistrements moins perturbés par l’environnement, les capteurs MEG et le sujet sont placés dans une chambre blindée. Les capteurs MEG baignent dans un cryostat rempli d’hélium liquide (à –269 ◦ C), sont « tête entière » et comportent jusqu’à 306 capteurs. On peut démontrer que dans un milieu sphérique, le champ magnétique à l’extérieur de ce milieu ne dépend pas de la conductivité des tissus (Sarvas, 1987). Les activités magnétiques sont ainsi beaucoup moins sensibles aux milieux traversés que les activités électriques. La MEG aurait ainsi un pouvoir de localisation supérieur et une plus grande capacité pour discriminer des activités différentes. Malgré cet avantage théorique de la MEG, les apports respectifs des localisations de source MEG et EEG restent débattus (Barkley, 2004; Baumgartner, 2004). Les deux outils, MEG et EEG, apparaissent en fait complémentaires puisqu’ils présentent des sensibilités différentes selon les différents types de sources intracérébrales. Dès 1983, Cohen et Cuffin ont décrit que la MEG devait être sensible essentiellement aux activités électromagnétiques des sillons corticaux (gradient magnétique radial) alors que l’EEG était sensible aux générateurs de toute orientation (Cohen et Cuffin, 1983). De plus, la MEG sera moins sensible aux sources profondes que l’EEG, si des gradiomètres sont utilisés. En pra-
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tique, les signaux magnétiques cérébraux sont enregistrés au cours de courtes séquences, le sujet restant tête immobile dans le capteur MEG. L’élaboration d’un modèle réaliste des milieux de propagation peut se limiter à l’enveloppe du cerveau. Les outils de localisation de source utilisés sont les mêmes que pour l’EEG-HR (Badier, 2006). 3. Objectifs de l’EEG-HR et de la MEG dans le bilan préchirurgical Les pointes intercritiques, si elles sont localisées avec fiabilité dans l’espace anatomique cérébral, permettent de déterminer les caractéristiques de la zone irritative. Cela est un élément important au cours de tout bilan préchirurgical, mais revêt une importance particulière dans les épilepsies à IRM négative (McGonigal et al., 2007) et/ou en cas d’épilepsie symptomatique de dysplasies corticales focales dans lesquelles zone irritative et épileptogène sont caractérisées par un recouvrement plus important (Gambardella et al., 1996; Chassoux et al., 2000). L’EEG-HR et la MEG peuvent également permettre de localiser de fac¸on non invasive certaines régions fonctionnelles telles que les régions somatotopiques de la main, l’hémisphère dominant pour la compréhension du langage (Meunier et al., 2001; Darvas et al., 2005; Trebuchon-Da Fonseca et al., 2005). 3.1. Épilepsies du lobe temporal Plusieurs études reposant soit sur des co-enregistrements surface–profondeur soit sur des modélisations ont montré que la présence de pointes intercritiques en surface reflète toujours une activité intercritique au niveau d’une large surface corticale (Merlet et Gotman, 1999 ; Tao et al., 2005 ; Cosandier-Rimélé et al., 2007). L’EEG-HR ne permet pas de localiser des pointes intercritiques restreintes au niveau des structures médiales du lobe temporal, à moins d’effectuer artificiellement un moyennage des signaux EEG de surface à partir de pointes enregistrées en profondeur, par exemple avec des électrodes de foramen ovale (Merlet et al., 1998; Zumsteg et al., 2005). En revanche, en cas de distribution médiolatérale ou latérale des pointes, l’EEG-HR permet la localisation du contingent latéral des pointes et la définition de son extension, notamment dans le plan rostrocaudal (Gavaret et al., 2004a,b). Les apports respectifs et la complémentarité de l’EEG-HR et de la MEG ne sont pas encore parfaitement déterminés, mais les pointes médiales temporales paraissent également « échapper » aux enregistrements MEG (Brockaus et al., 1997 ; Baumgartner et al., 2000). 3.2. Épilepsies du lobe frontal Les épilepsies du lobe frontal ont été davantage étudiées en MEG qu’en EEG-HR. En MEG, des localisations de source des pointes intercritiques validées par des enregistrements intracérébraux ont ainsi été obtenues dans des séries pédiatriques (Minassian et al., 1999) et adultes (Eliashiv et al., 2002 ; Schwartz et al., 2003 ; Genow et al., 2004). Les épilepsies frontales sont souvent caractérisées en surface par des pointes
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Fig. 2. Localisation de source en EEG-HR (LR, épilepsie frontale D). A : les pointes intercritiques en EEG-HR étaient constituées de deux composantes successives. B : en étudiant séquentiellement ces deux composantes, une propagation antéropostérieure était mise en évidence, du pole frontal droit vers le sillon frontal supérieur droit. C : une même dynamique antéropostérieure était mise en évidence en SEEG qui a permis d’enregistrer de longues salves rythmiques d’activités intercritiques débutant partie médiale du pôle frontal droit et se propageant vers le sillon frontal supérieur droit. Fig. 2. Source localization in HR-EEG (LR, frontal epilepsy D). A: The interictal spikes in HR-EEG comprised two successive components. B: By studying these two components sequentially, an anteroposterior propagation was demonstrated, from the right frontal pole toward the right superior frontal sulcus. C: The same anteroposterior dynamics was demonstrated with SEEG, recording long, rhythmic bursts of interictal activity starting in the medial part of the right frontal pole, propagating toward the right superior frontal sulcus.
intercritiques particulièrement abondantes et amples avec, ainsi un bon rapport signal sur bruit, ce qui est une condition très importante pour l’efficience des outils de localisation de source. Dans notre expérience, des localisations de source très précises et validées par les enregistrements intracérébraux ont pu être obtenues (Fig. 2) (Gavaret et al., 2004b, 2006), y compris au niveau des structures médiales du lobe frontal. L’étendue des pointes intercritiques a pu cependant être sous estimée, en particulier lorsque la distribution intracérébrale des pointes intercritiques était complexe, distribuée entre les structures médiales et latérales du lobe frontal (Gavaret et al., 2006). 3.3. Épilepsies postérieures Étant donné l’absence de frontières anatomiques clairement définies et les fréquentes propagations des activités intercritiques et critiques entre les lobes occipitaux, pariétaux et la partie postérieure des lobes temporaux (Bancaud, 1969),
les épilepsies s’organisant dans ces régions anatomiques sont probablement mieux analysées lorsqu’elles sont regroupées sous le terme d’épilepsies postérieures (Blume et al., 1991; Sveinbjornsdottir et Duncan, 1993; Dalmagro et al., 2005). Elles ont été peu étudiées en localisation de source. Plusieurs études, concernant plusieurs types d’épilepsies, comportent quelques cas d’épilepsies postérieures, mais sans que des conclusions spécifiques ne soient tirées (Huppertz et al., 2001; Michel et al., 2004 ; Sperli et al., 2006). Dans notre expérience, les patients présentant une épilepsie postérieure sont souvent caractérisés par une organisation intercritique intracérébrale complexe, distribuée entre les structures médiales et latérales postérieures avec une bilatéralisation dans plus de la moitié des cas. Les outils de localisation de source sous-estiment alors l’étendue des pointes intercritiques intracérébrales. Lorsque la distribution des pointes intercritiques intracérébrales est plus focale, celles-ci sont alors localisées avec précision, qu’elles soient latérales (Fig. 3) ou médiales postérieures.
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Fig. 3. Données de magnétoencéphalographie (MEG) (AB, épilepsie du carrefour D). (A) : enregistrement simultané MEG (151 capteurs) et EEG (64 électrodes) des pointes intercritiques. Les pointes intercritiques comportent des composantes plus précoces en MEG qu’en EEG. (B) : cartographie d’amplitude du signal MEG. (C) : localisation de source réalisée avec l’algorithme SPTF (Schwartz et al., 2003), visualisée en fonction du temps, sur l’interface blanc–gris du cerveau de la patiente. Une propagation du carrefour vers la région temporale postérieure droite, confirmée ensuite par la SEEG a été mise en évidence. Fig. 3. Magnetoencephalographic data (MEG) (AB, epilepsy of the junction D). crossroads (A): Simultaneous MEG (151 sensors) and EEG (64 electrodes) recording of interictal spikes. The interictal spikes include earlier components in MEG than in EEG. (B): MEG signal amplitude mapping. (C): Source localization with SPTF algorithm (Schwartz et al., 2003), visualized over time, on the grey–white matter interface of the patient’s brain. Propagation of the junction toward the right posterior temporal region, later confirmed by SEEG, was demonstrated.
4. Conclusion L’EEG-HR et la MEG permettent de localiser les activités électromagnétiques intercritiques le plus souvent, mais également critiques (Eliashiv et al., 2002). Les investigations in vivo des anomalies structurales et fonctionnelles en rapport avec la physiopathologie des épilepsies partielles devraient permettre à terme des investigations préchirurgicales totalement non invasives (Knowlton, 2004). Les équipes de chirurgie de l’épilepsie pratiquant des enregistrements intracérébraux se doivent d’étudier les bénéfices et limites de ces nouveaux moyens d’imagerie multimodaux non invasifs. Références Badier, J.M., 2006. L’électroencéphalographie et la magnétoencéphalographie : leur place, leurs modalités techniques, leurs contre-indications, leurs principaux champs d’application. In: Frojer, J., Pelissier, J. (Eds.), Imagerie cérébrale fonctionnelle et rééducation. Editions Masson, Paris, pp. 13–22. Bancaud, J., 1969. Les crises épileptiques d’origine occipitale (étude stéréo-électroencéphalographique). Rev. Oto-neuro-ophtalmol. 41 (6), 299–314.
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Laboratoire de neurophysiologie et neuropsychologie, Inserm UMR 751, 13385 Marseille, France b Faculté de médecine, université Aix Marseille, Marseille, France c Service de neurophysiologie clinique, hôpital de la Timone, Assistance Publique–Hôpitaux de Marseille, Marseille, France Rec¸u le 11 f´evrier 2008 ; accepté le 13 f´evrier 2008 Disponible sur Internet le 15 avril 2008
Abstract HR-EEG (high resolution EEG) and MEG (magnetoencephalography) allow the recording of cerebral electromagnetic activities with excellent temporal resolution. These tools have also considerably progressed in spatial resolution and now constitute real methods of Electric and Magnetic Source Imaging. Their limits and the precision of the results obtained are discussed in distinct types of partial epilepsy. HR-EEG and MEG allow localization of scalp-EEG interictal spikes and more rarely ictal activities. They now contribute to the presurgical evaluation of pharmacoresistant partial epilepsies. These investigations appear to be of particular importance in presurgical assessment of MRI-negative epilepsy. © 2008 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Résumé L’EEG-HR (EEG Haute Résolution) et la MEG (Magnétoencéphalographie) permettent d’enregistrer les activités électromagnétiques cérébrales avec une excellente résolution temporelle. Ces outils ont également considérablement progressé sur le plan spatial et constituent à l’heure actuelle de véritables moyens d’Imagerie de Sources Electrique et Magnétique. Leurs limites et la précision des résultats sont exposés dans différents types d’épilepsie partielle. L’EEG-HR et la MEG permettent de localiser les pointes intercritiques, mais aussi les activités critiques, et contribuent aujourd’hui au bilan préchirurgical des épilepsies partielles pharmacorésistantes. Ces explorations se révèlent particulièrement importantes dans l’exploration des épilepsies partielles IRM négative. © 2008 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Keywords: EEG; MEG; Source localisation; Epilepsy Mots clés : EEG ; MEG ; Localisation de source ; Épilepsie
L’EEG et la magnétoencéphalographie (MEG) permettent, grâce à leur excellente résolution temporelle, d’explorer en temps réel la dynamique des activités cérébrales. Les progrès techniques et méthodologiques qui ont accompagné l’arrivée de la MEG (Wikswo et al., 1993) permettent une analyse de plus en plus précise des signaux recueillis en surface, d’une part sur le plan temporel et, d’autre part, sur le plan spatial, permettant ainsi de localiser dans l’espace anatomique cérébral les sources
des activités électromagnétiques. L’EEG et la MEG sont deux modalités d’exploration cérébrale totalement non invasives. Les modèles biophysiques utilisés pour les localisations de source reposent sur une modélisation des sources d’activités électromagnétiques cérébrales, et une modélisation des milieux dans lesquelles elles se propagent, ainsi que sur des algorithmes de résolution du problème inverse. 1. EEG haute résolution
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Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (M. Gavaret).
0028-3770/$ – see front matter © 2008 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.neuchi.2008.02.014
L’EEG acquis avec une haute résolution spatiale (à partir de 32 électrodes), une haute résolution tempo-
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relle (fréquence d’échantillonnage élevée) et ensuite étudié avec des outils de localisation de source définit l’EEG haute résolution (EEG-HR). Le problème dit inverse (étant donné un champ de potentiels recueillis en surface, quelle est la configuration de sources qui en est à l’origine ?) n’a pas de solution unique. Le problème peut être résolu en utilisant différents algorithmes introduisant des contraintes ou connaissances a priori sur le signal lui-même, l’anatomie ou la physiopathologie. L’acquisition des signaux et surtout le traitement des données de localisation de source comportent de nombreuses étapes dont certaines ne sont pas encore standardisées. L’EEG-HR fait maintenant l’objet d’une codification CCAM. Les étapes d’un EEG-HR sont les suivantes (Fig. 1) : • l’acquisition des signaux : les signaux électriques sont enregistrés avec de hautes résolutions sur le plan spatial (32/64/128 électrodes) et sur le plan temporel (fréquence d’échantillonnage supérieure à 1000 Hz). Une large bande passante est utilisée (0,15–200 Hertz) ; • la mesure des positions des électrodes : les positions de trois points de repère (nasion, tragus droit et gauche), de chacune
des électrodes et du massif facial supérieur sont enregistrées (le plus souvent à l’aide d’un système de mesure magnétique) et sont fusionnées avec l’IRM 3D du patient ; • la sélection des pointes intercritiques : les pointes intercritiques sont sélectionnées et éventuellement classifiées en différents types. Les outils de localisation de source peuvent être également utilisés sur les premiers éléments électrophysiologiques d’une crise ; • l’élaboration d’un modèle réaliste des milieux de propagation : les activités électriques cérébrales traversent des milieux de conductivités distinctes. L’os, étant 30 à 50 fois moins conducteur que les autres milieux, influence fortement la distribution des potentiels électriques sur le scalp. L’élaboration d’un modèle réaliste est effectuée à partir de l’IRM 3D du patient, par la méthode dite des éléments frontières (Hämäläinen et Sarvas, 1989). La première étape est constituée par la segmentation des principaux milieux de conductivités distinctes (espace intracrânien/os/scalp). Une triangulation réalise ensuite un maillage entre les différents points de chacune des segmentations. Une matrice de transfert EEG est ensuite calculée, avec une conductivité attribuée à chacun des volumes, permettant le passage
Fig. 1. Méthodologie de l’EEG-HR. L’acquisition de l’EEG est réalisée avec une haute résolution spatiale et temporelle. Les positions des 64 électrodes et le contour du massif facial sont numérisées, puis recalées sur l’IRM 3D du patient. Un modèle réaliste des milieux de propagation est élaboré à partir de l’IRM 3D du patient. Il comporte une segmentation des principaux milieux de conductivités distinctes : milieu intracrânien, crâne, scalp. À partir des signaux EEG sélectionnés, les localisations de sources sont réalisées avec des algorithmes permettant de résoudre le problème inverse : ici, l’exemple de MUSIC. Fig. 1. Methodology for HR-EEG. The EEG is acquired with a high spatial and temporal resolution. The positions of the 64 electrodes and the contour of the face are digitized and then fit on the patient’s 3D MRI. A realistic model of the propagation environment is constructed based on the patient’s 3D MRI. It includes segmentation of the main distinct conductivity environments: intracranial, cranial, and scalp. Based on the selected EEG signals, the sources are localized with algorithms that can solve the inverse problem. Illustrated here is the MUSIC example.
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d’un modèle conducteur homogène infini à un modèle réaliste ; • la localisation de source : les algorithmes les plus simples sont des dipôles équivalents uniques (Scherg, 1990). D’autres méthodes ont été développées telles que MUSIC (Mosher et al., 1992) qui est une méthode dans laquelle un ensemble de dipôles équivalents est positionné (de fac¸on équidistante) dans le volume intracrânien. Après une analyse en composante principale du signal, l’algorithme met en évidence la contribution au signal de chacun de ces dipôles élémentaires. D’autres méthodes tentent au travers d’un filtre spatial (méthodes de beam former) de déterminer la contribution spécifique de chaque région considérée du cerveau (Vrba et Robinson, 2001). Certains algorithmes estiment l’implication de patchs localisés au niveau de l’interface blanc–gris du cerveau, de surfaces variables (50 à 500 mm2 ) (Jerbi et al., 2004). De nouveaux types d’algorithmes sont régulièrement décrits (Michel et al., 2004) et aucun ne s’est pour l’instant imposé comme référence. 2. Magnétoencéphalographie (MEG) Les champs magnétiques d’origine cérébrale ont une amplitude extrêmement faible par rapport au champ magnétique terrestre et au bruit magnétique de l’activité urbaine (quelque 10−12 Tesla pour les champs magnétiques cérébraux, et 10−6 Tesla pour le champ magnétique terrestre) (Reite et al., 1976). Les premiers signaux magnétiques cérébraux ont été enregistrés en 1968 (Cohen, 1968). La MEG s’est ensuite développée grâce à la découverte des matériaux supraconducteurs qui entrent dans la composition des superconducting quantum interference device (SQUID). Deux supraconducteurs reliés par des jonctions Josephson permettent de transformer une variation même très faible du champ magnétique en une tension électrique. Pour effectuer des enregistrements moins perturbés par l’environnement, les capteurs MEG et le sujet sont placés dans une chambre blindée. Les capteurs MEG baignent dans un cryostat rempli d’hélium liquide (à –269 ◦ C), sont « tête entière » et comportent jusqu’à 306 capteurs. On peut démontrer que dans un milieu sphérique, le champ magnétique à l’extérieur de ce milieu ne dépend pas de la conductivité des tissus (Sarvas, 1987). Les activités magnétiques sont ainsi beaucoup moins sensibles aux milieux traversés que les activités électriques. La MEG aurait ainsi un pouvoir de localisation supérieur et une plus grande capacité pour discriminer des activités différentes. Malgré cet avantage théorique de la MEG, les apports respectifs des localisations de source MEG et EEG restent débattus (Barkley, 2004; Baumgartner, 2004). Les deux outils, MEG et EEG, apparaissent en fait complémentaires puisqu’ils présentent des sensibilités différentes selon les différents types de sources intracérébrales. Dès 1983, Cohen et Cuffin ont décrit que la MEG devait être sensible essentiellement aux activités électromagnétiques des sillons corticaux (gradient magnétique radial) alors que l’EEG était sensible aux générateurs de toute orientation (Cohen et Cuffin, 1983). De plus, la MEG sera moins sensible aux sources profondes que l’EEG, si des gradiomètres sont utilisés. En pra-
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tique, les signaux magnétiques cérébraux sont enregistrés au cours de courtes séquences, le sujet restant tête immobile dans le capteur MEG. L’élaboration d’un modèle réaliste des milieux de propagation peut se limiter à l’enveloppe du cerveau. Les outils de localisation de source utilisés sont les mêmes que pour l’EEG-HR (Badier, 2006). 3. Objectifs de l’EEG-HR et de la MEG dans le bilan préchirurgical Les pointes intercritiques, si elles sont localisées avec fiabilité dans l’espace anatomique cérébral, permettent de déterminer les caractéristiques de la zone irritative. Cela est un élément important au cours de tout bilan préchirurgical, mais revêt une importance particulière dans les épilepsies à IRM négative (McGonigal et al., 2007) et/ou en cas d’épilepsie symptomatique de dysplasies corticales focales dans lesquelles zone irritative et épileptogène sont caractérisées par un recouvrement plus important (Gambardella et al., 1996; Chassoux et al., 2000). L’EEG-HR et la MEG peuvent également permettre de localiser de fac¸on non invasive certaines régions fonctionnelles telles que les régions somatotopiques de la main, l’hémisphère dominant pour la compréhension du langage (Meunier et al., 2001; Darvas et al., 2005; Trebuchon-Da Fonseca et al., 2005). 3.1. Épilepsies du lobe temporal Plusieurs études reposant soit sur des co-enregistrements surface–profondeur soit sur des modélisations ont montré que la présence de pointes intercritiques en surface reflète toujours une activité intercritique au niveau d’une large surface corticale (Merlet et Gotman, 1999 ; Tao et al., 2005 ; Cosandier-Rimélé et al., 2007). L’EEG-HR ne permet pas de localiser des pointes intercritiques restreintes au niveau des structures médiales du lobe temporal, à moins d’effectuer artificiellement un moyennage des signaux EEG de surface à partir de pointes enregistrées en profondeur, par exemple avec des électrodes de foramen ovale (Merlet et al., 1998; Zumsteg et al., 2005). En revanche, en cas de distribution médiolatérale ou latérale des pointes, l’EEG-HR permet la localisation du contingent latéral des pointes et la définition de son extension, notamment dans le plan rostrocaudal (Gavaret et al., 2004a,b). Les apports respectifs et la complémentarité de l’EEG-HR et de la MEG ne sont pas encore parfaitement déterminés, mais les pointes médiales temporales paraissent également « échapper » aux enregistrements MEG (Brockaus et al., 1997 ; Baumgartner et al., 2000). 3.2. Épilepsies du lobe frontal Les épilepsies du lobe frontal ont été davantage étudiées en MEG qu’en EEG-HR. En MEG, des localisations de source des pointes intercritiques validées par des enregistrements intracérébraux ont ainsi été obtenues dans des séries pédiatriques (Minassian et al., 1999) et adultes (Eliashiv et al., 2002 ; Schwartz et al., 2003 ; Genow et al., 2004). Les épilepsies frontales sont souvent caractérisées en surface par des pointes
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Fig. 2. Localisation de source en EEG-HR (LR, épilepsie frontale D). A : les pointes intercritiques en EEG-HR étaient constituées de deux composantes successives. B : en étudiant séquentiellement ces deux composantes, une propagation antéropostérieure était mise en évidence, du pole frontal droit vers le sillon frontal supérieur droit. C : une même dynamique antéropostérieure était mise en évidence en SEEG qui a permis d’enregistrer de longues salves rythmiques d’activités intercritiques débutant partie médiale du pôle frontal droit et se propageant vers le sillon frontal supérieur droit. Fig. 2. Source localization in HR-EEG (LR, frontal epilepsy D). A: The interictal spikes in HR-EEG comprised two successive components. B: By studying these two components sequentially, an anteroposterior propagation was demonstrated, from the right frontal pole toward the right superior frontal sulcus. C: The same anteroposterior dynamics was demonstrated with SEEG, recording long, rhythmic bursts of interictal activity starting in the medial part of the right frontal pole, propagating toward the right superior frontal sulcus.
intercritiques particulièrement abondantes et amples avec, ainsi un bon rapport signal sur bruit, ce qui est une condition très importante pour l’efficience des outils de localisation de source. Dans notre expérience, des localisations de source très précises et validées par les enregistrements intracérébraux ont pu être obtenues (Fig. 2) (Gavaret et al., 2004b, 2006), y compris au niveau des structures médiales du lobe frontal. L’étendue des pointes intercritiques a pu cependant être sous estimée, en particulier lorsque la distribution intracérébrale des pointes intercritiques était complexe, distribuée entre les structures médiales et latérales du lobe frontal (Gavaret et al., 2006). 3.3. Épilepsies postérieures Étant donné l’absence de frontières anatomiques clairement définies et les fréquentes propagations des activités intercritiques et critiques entre les lobes occipitaux, pariétaux et la partie postérieure des lobes temporaux (Bancaud, 1969),
les épilepsies s’organisant dans ces régions anatomiques sont probablement mieux analysées lorsqu’elles sont regroupées sous le terme d’épilepsies postérieures (Blume et al., 1991; Sveinbjornsdottir et Duncan, 1993; Dalmagro et al., 2005). Elles ont été peu étudiées en localisation de source. Plusieurs études, concernant plusieurs types d’épilepsies, comportent quelques cas d’épilepsies postérieures, mais sans que des conclusions spécifiques ne soient tirées (Huppertz et al., 2001; Michel et al., 2004 ; Sperli et al., 2006). Dans notre expérience, les patients présentant une épilepsie postérieure sont souvent caractérisés par une organisation intercritique intracérébrale complexe, distribuée entre les structures médiales et latérales postérieures avec une bilatéralisation dans plus de la moitié des cas. Les outils de localisation de source sous-estiment alors l’étendue des pointes intercritiques intracérébrales. Lorsque la distribution des pointes intercritiques intracérébrales est plus focale, celles-ci sont alors localisées avec précision, qu’elles soient latérales (Fig. 3) ou médiales postérieures.
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Fig. 3. Données de magnétoencéphalographie (MEG) (AB, épilepsie du carrefour D). (A) : enregistrement simultané MEG (151 capteurs) et EEG (64 électrodes) des pointes intercritiques. Les pointes intercritiques comportent des composantes plus précoces en MEG qu’en EEG. (B) : cartographie d’amplitude du signal MEG. (C) : localisation de source réalisée avec l’algorithme SPTF (Schwartz et al., 2003), visualisée en fonction du temps, sur l’interface blanc–gris du cerveau de la patiente. Une propagation du carrefour vers la région temporale postérieure droite, confirmée ensuite par la SEEG a été mise en évidence. Fig. 3. Magnetoencephalographic data (MEG) (AB, epilepsy of the junction D). crossroads (A): Simultaneous MEG (151 sensors) and EEG (64 electrodes) recording of interictal spikes. The interictal spikes include earlier components in MEG than in EEG. (B): MEG signal amplitude mapping. (C): Source localization with SPTF algorithm (Schwartz et al., 2003), visualized over time, on the grey–white matter interface of the patient’s brain. Propagation of the junction toward the right posterior temporal region, later confirmed by SEEG, was demonstrated.
4. Conclusion L’EEG-HR et la MEG permettent de localiser les activités électromagnétiques intercritiques le plus souvent, mais également critiques (Eliashiv et al., 2002). Les investigations in vivo des anomalies structurales et fonctionnelles en rapport avec la physiopathologie des épilepsies partielles devraient permettre à terme des investigations préchirurgicales totalement non invasives (Knowlton, 2004). Les équipes de chirurgie de l’épilepsie pratiquant des enregistrements intracérébraux se doivent d’étudier les bénéfices et limites de ces nouveaux moyens d’imagerie multimodaux non invasifs. Références Badier, J.M., 2006. L’électroencéphalographie et la magnétoencéphalographie : leur place, leurs modalités techniques, leurs contre-indications, leurs principaux champs d’application. In: Frojer, J., Pelissier, J. (Eds.), Imagerie cérébrale fonctionnelle et rééducation. Editions Masson, Paris, pp. 13–22. Bancaud, J., 1969. Les crises épileptiques d’origine occipitale (étude stéréo-électroencéphalographique). Rev. Oto-neuro-ophtalmol. 41 (6), 299–314.
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