The Effects of Transient Functional Depression of the Thalamus on Spindles and on Bilateral Synchronous Epileptic Discharges of Feline Generalized Penicillin Epilepsy
Authors: Avoli Massimo , Gloor Pierre 
Published: November 2007

Summary: A transient functional depression of thalamic activity (TFDTA) was induced in acute experiments in cats by the microinjection of 25% KCl into the thalamus. Spontaneous and evoked thalamic electrical activity was markedly depressed at the site of KCl microinjection. Spread of this depression to other thalamic areas often occurred, mainly when KCl was injected into the midline thalamus. In normal cats both spontaneous and evoked cortical spindle bursts as well as other evoked thalamocortical responses were reduced or abolished during the KCl‐induced TFDTA. The generalized spike‐and‐wave discharges of feline generalized epilepsy were also suppressed for the duration of TFDTA, while incidental focal cortical interictal and ictal epileptic discharges, as well as generalized tonic‐clonic seizure discharge, remained unaffected. The same effects were observed in animals with lesions of the mesencephalic reticular formation, indicating that the suppression of spindles and spike‐and‐wave discharges cannot be attributed to a release of the activity of the reticular formation by the TFDTA. An unexplained occurrence of generalized tonic‐clonic EEG seizure was observed in most cases late after thalamic KCl microinjection, usually after the spike‐and‐wave discharges had recovered. These data are consistent with the hypothesis that the spontaneous bilaterally synchronous epileptic bursts of feline generalized penicillin epilepsy are not only closely related to spindles but are crucially dependent on thalamic inputs to the cerebral cortex.

RESUME

Une dépression transitoire de l'activité thalamique fut induite au cours d'expériences aiguës chez le chat par microinjections intrathalamiques d'une solution de 25% de KCI. L'activitéélectrique spontanée et évoquée fut profondément réduite dans l'aire thalamique ainsi injectée. Souvent cette dépression se propagea vers d'autres aires thalamiques, surtout lorsque le KCI fut injecté dans les structures thalamiques de la ligne médiane. Chez le chat normal les fuseaux corticaux spontanés ou évoqués, ainsi que d'autres réponses thalamocorticales évoquées furent réduites ou abolies au cours de la dépression de l'activité thalamique induite par le KCI. En plus les décharges de pointe‐ondes généralisées qui caractérisent l'épilepsie généralisée pénicillinique du chat furent supprimées au cours de cette dépression thalamique, tandis que des décharges épileptiques fortuites, d'allure focale, soit intercritiques ou critiques, ainsi que des décharges critiques généralisées tonico‐cloniques ne furent pas touchées. Les mêmes effets furent observés chez les animaux porteurs d'une lésion de la formation réticulée du mésencéphale, ce qui indique que la suppression des fuseaux et des complexes pointe‐ondes ne peut être imputée à une libération de l'activité de la formation réticulée occasionnée par la dépression thalamique. Pour des raisons inconnues, des crises électriques généralisées tonico‐cloniques furent observées dans la plupart des cas. Elles survinrent après un délai considérable suivant l'injection thalamique de KCI. Les crises se produisirent en général après récupération des décharges pointe‐ondes. Ces données s'accordent avec l'hypothèse selon laquelle les bouffées épileptiques bilaterales synchrones spontanées de l'épilepsie généralisée pénicillinique du chat ne sont pas seulement en étroite relation avec les fuseaux, mais dépendent d'une façon obligatoire d'incitations thalamiques projetées vers le cortex.

Se indujo una depresión funcional trasitoria de la actividad talámica (TFDTA) en experimentos “agudos” en gatos tras la microinyección de CIK al 25% en el talamo. En el lugar de la microinyeccion se observó una marcada depresión de la actividad eléctrica espontánea y evocada. A menudo se observó también una extensión de esa atenuación en otras areas talámicas, sobre todo cuando la inyección de CIK fue en la línea media talámica. En gatos normales, tanto los brotes de husos espontáneos como evocados en la corteza (así como otras respuestas evocadas tálamocorticales) se redujeron o abolieron durante la TFDTA inducida por el CIK. También se suprimieron las descargas de punta y onda de la epilepsía generalizada del felino mientras duró la TFDTA, aunque no se vieron afectadas las descargas corticales focales interictales, las descargas epilépticas ictales ni las descargas generalizadas de los ataques tónico‐clonicos. Se observaron los mismos efectos en animales con lesiones de la formación mesencefálica reticular, indicando que la supresión de husos y despargas de punta y onda no pueden ser atribuídas a una liberación de la actividad de la formación reticular por la TDFTA. Se observó una aparición no explicada de crisis EEG tónico‐clónicas en la mayoria de los casos después de la microinyección talámica de CIK, sobre todo después de que las descargas de punta y onda hubiesen reaparecido. Estos datos están de acuerdo con la hipótesis de que las descargas espontáneas y bilaterales (sincrónicas) de la epilepsía generalizada del felino inducida por penicilina, no sólo están relacionadas con los husos, sino que dependen de manera fundamental de los impulsos talámicos que llegan al córtex cerebral.

Eine vorübergehende Inaktivierung des Thalamus wurde im akuten Tierversuch bei der Katze durch Mikroinjektion einer 25%igen KCl Lösung in den Thalamus induziert. Die spontane und evozierte thalamische Aktivität war beträchtlich herabgesetzt am Ort der KCl‐Injektion. Oft breitete sich diese Inaktivierung auf andere Teile des Thalamus aus, beson‐ders wenn KCl in thalamische Struckturen der Mittel‐linie injiziert wurde.

Bei der normalen Katze waren sowohl spontane als auch evozierte kortikale Spindeln, sowie andere evozierte thalamo‐kortikale Reinzantworten reduziert oder aufgehoben während der durch KCl‐Injektion induzierten thalamischen Inaktivierung. Die generalisierten Spike‐and‐Wave Entladungen welche die generalisierte Penizillin‐Epilepsie der Katze kennzeichnen waren ebenfalls aufgehoben, während gelegentliche fokale, kortikale epileptische Entladungen, weder interiktaler oder iktaler Prägung, sowie generalisierte tonisch‐klonische Krampfentladungen unbe‐einflusst blieben. Dieselben Befunde wurden bei Katzen mit Läsionen in der Formatio reticularis des Mittelhirns erhoben, was anzeigt, dass die Aufhebung von Spindeln und von Spike‐and‐Wave Entladungen nicht einer Enthemmung der Aktivität der Formatio reticularis durch thalamische Inaktiviering zugeschrieben werden kann. Ein unerklärtes Auftreten generalisierter tonisch‐klonischer Krampfentladungen im EEG wurde in den meisten Fällen spät nach der thalamischen Mikroinjektion von KCl beobachtet. Im Allgemeinen erfolgten diese nachdem sich das Spike‐and‐Wave Muster erholt hatte.

Diese Beobachtungen stehen im Einklang mit der Hypothese wonach die spontanen, bilateral synchronen epileptischen Entladungen der generalisierten Penizillin‐Epilepsie der Katze nicht nur eng mit den Spindeln verknüpft sind, sondern auch obligat abhängig sind von thalamischen Entladungen welche auf die Hirnrinde projiziert werden.