Distribution of Pyramidal Cell Density and Hyperexcitability in the Epileptic Human Hippocampal Formation

Summary: Pyramidal cell densities in various regions of the anterior and posterior hippocampal formation were measured from en bloc temporal lobe resections and compared with presurgical stereoelectroencephalography (SEEG) data derived from depth electrodes in 12 patients with temporal lobe epilepsy. These data were compared with cell densities observed in four nonepileptic control patients. Patients who consistently exhibited anterior focal changes in the SEEG accompanying onset of ictus had cell densities that were selectively reduced in the anterior hippocampal formation but normal with respect to controls in the posterior hippocampal formation. Patients who exhibited more regional changes in the SEEG at onset of ictus had reduced cell densities in both the anterior and posterior hippocampal formation. Patients who exhibited focal spike activity in the anterior hippocampal formation as their predominant interictal SEEG pattern also had selectively reduced cell densities in the anterior hippocampal formation, while patients with widespread spiking throughout the hippocampal formation had reduced cell densities both anteriorly and posteriorly. These data support the concept that epileptogen-esis occurs in or near those areas of epileptic hippocampus that are most damaged. Hippocampal sclerosis must be viewed as related to adjacent hyperexcitable or epileptogenic neurons and not solely as a passive result of repeated anoxia or ischemia. RESUMEN En 12 pacientes con epilepsia del lobulo temporal se midieron las densidades de las celulas piramidales en varias regiones del hipocampo anterior y posterior, obtenidas mediante resecciones en bloque del lobulo temporal, y se compararon con la information de los SEEG prequirurgicos registrados con electrodos profundos. Estos datos se compararon con las densidades celulares observadas en 4 enfermos control, no epilepticos. Los enfermos que le modo persistente mostraron cambios focales anteriores en el SEEG, simultaneos con el comienzo los ataques, mostraron densidades celulares que estaban reducidas selecti-vamente en la formation hipocampica anterior pero que eran normales con respecto a los controles en la formacion hipocampica posterior. Los enfermos que mostraron mas cambios regionales en el SEEG durante el comienzo del ataque mostraron una reduction de la densidad celular en ambas formaciones hi-pocampicas anterior y posterior. Los enfermos que mostraron una actividad de puntas en la formacion hipocampica anterior como patron predominante del SEEG interictal, tambien mostraron selectivamente densidades celulares reducidas en la formacion hipocampica anterior mientras que los pacientes con puntas diseminadas por la formacion hipocampica tenian densidades celulares reducidas tanto en zonas anteriores como post-eriores. Estos datos apoyan el concepto de que la epileptogen-esis ocurre en aquellas areas del hipocampo epileptico que esta mas lesionado o en su vecindad. La esclerosis hipocampica debe ser considerada en relacion con neuronas adyacentes epilepto-genicas o hiperexcitables y no solamente como un resultado pa-sivo de isquemia o anoxia repetidas. ZUSAMMENFASSUNG Die Dichte der Pyramidenzellen wurde in verschiedenen Ge-genden des vorderen und hinteren Hippokampus gemessen. Dazu diente en bloc resezierter Temporallappen. Die Ergebnisse wurden mit SEEG-Daten verglichen, die vor der Operation durch Tiefenelektrodenableitungen bei 12 Patienten mith Tem-porallappenepilepsie gewonnen wurden. Die Ergebnisse wurden mit der Zelldichte verglichen, die bei 4 nicht-epileptischen Kon-trollpatienten ermittelt wurden. Patienten, die bestandig fokale Veranderungen im SEEG der vorderen Gegend zeigten, die den Anfallsbeginn begleiteten, zeigten eine selektive reduzierte Zelldichte in der vorderen Hippokampusformation; gegenuber Kontrollen war die hintere Hippokampusformation normal. Bei Patienten, die eher regionale Veranderungen beim Anfallsbeginn im SEEG zeigten, fand man sowohl in der vorderen wie in der hinteren Hippokampusformation eine reduzierte Zelldichte. Bei Patienten, die als ihr vorherrschendes interiktales SEEG-Muster eine fokale spike-Aktivitat in der vorderen Hippokapusformation boten, fand man auch eine selektiv reduzierte Zelldichte in der vorderen Hippokampusformation. Bei Patienten mit ausgedehn-teren spikes im Gebiet der gesamten Hippokampusformation war die Zelldichte sowohl in den vorderen wie in den hinteren Abschnitten reduziert. Diese Ergebnisse unterstutzen das Konzept, das die epileptische Erregung ihren Ursprung in oder in der Nahe der am starksten geschadigten Gegenden des Hippb-kampus hat. Eine Hippokampussklerose mus zur Hyperexcita-bilitat oder Epileptogenitat benachbarter Neurone in Beziehung gesetze werden; sie stellte nicht lediglich das Ergebnis einer wiederholten Anoxie oder Ischamie dar.