Studies on experimental convulsions with emphasis on the role of the hypothalamus and the reticular formation.

SUMMARY Experiments are described on cats in which convulsive and subconvulsive states were produced by topical application of strychnine to the cortex or by intravenous injection of picrotoxin or Metrazol. It is shown that the state of excitation of the sympathetic division of the hypothalamus has a profound effect on both types of convulsive discharges. An increase in the state of excitation of the hypothalamus is associated with an aggravation and generalization of existing convulsive discharges and with the precipitation of a seizure if the animal was in a subconvulsive condition before stimulation. This effect may be produced by stimulation of the posterior hypothalamus or of the reticular formation with square wave pulses at 90–100 c/sec or by nociceptive and proprioceptive stimuli which are known to impinge upon the hypothalamus and elicit increased diffuse hypothalamic-cortical discharges. A diminution in the baroreceptor reflexes through hypotensive drugs exerts a similar action. It is based on the fact that tonic activity of the baroreceptors restrains the posterior hypothalamus so that lessened discharges from the sino-aortic receptors lead to a release of the hypothalamus and an increase in the hypothalamic-cortical discharges. Whereas noradrenaline (or adrenaline) through raising the blood pressure and consequently the sino-aortic pressure, reduces the activity of the somatic nervous system in the normal animal and diminishes the convulsive activity when it is slight, it aggravates the convulsive state in heavily strychninized animals. These results are explained on the basis of the double action of noradrenaline: inhibitory via the baroreceptor reflexes and excitatory by direct action on hypothalamus and reticular formation. In highly excitatory states the latter action supervenes. Asphyxia evokes a generalized synchronized convulsive discharge after previous strychninization of the hypothalamus. It is suggested that the great resistance of the hypothalamus (and of the reticular formation) as compared to that of the cortex and the action of the adrenomedullary neurohumors which are discharged in asphyxia account for the role of the hypothalamus as a pacemaker under these conditions. Cortico-fugal impulses which are shown to cause an excitation of the hypothalamus and to increase its responsiveness to reflex stimulation are thought to be involved in the activation of the hypothalamus in states of emotion. The experiments described in this paper suggest the mechanisms through which emotional excitement may precipitate a seizure. RESUME Les experiences decrites furent effectuees chez des chats, et consistaient a produire des etats convulsifs ou convulsifs latents par l'application locale de strychnine sur le cortex cerebral, ou par l'injection intraveineuse de picrotoxine ou de metrazol. Il est demontre que l'excitabilite de la partie sympathique de l'hypothalamus a une influence profonde sur les deux types de decharge convulsive. Une elevation de l'etat d'excitation de l'hypothalamus est associee avec une aggravation et une generalisation des decharges convulsives existantes, et par la precipitation d'une crise si l'animal se trouvait dans un etat convulsif latent avant la stimulation. Cet effet peut etre produit par la stimulation de la partie posterieure de l'hypothalamus, ou de la formation reticulaire au moyen d'ondes rectilignes a une frequence de 90/100 par sec, ou par des stimulants nociceptifs ou proprioceptifs qui soient connus pour influencer l'hypothalamus et provoquer des decharges hypothalamico-corticales diffuses. Une diminution des reflexes barorecepteurs causee par des preparations hypertensives exerce une action similaire. Ceci se base sur l'activite tonique diminuee des barorecepteurs qui inhibe l'activite de l'hypothalamus posterieur; ainsi l'activite reflexe diminuee des recepteurs sino-aortiques libere l'hypothalamus de cette inhibition, et donne lieu a une augmentation des decharges hypothalamico-corticales. Alors que la noradrenaline, ou l'adrenaline, en elevant la tension arterielle et par consequent la tension dans les barorecepteurs sino-aortiques, inhibe l'activite du systeme nerveux somatique chez l'animal normal et diminue l'activite convulsive si celle-ci est faible, ces deux substances pharmacologiques aggravent l'etat convulsif chez des animaux fortement strychninises. Ces consequences peuvent s'expliquer sur la base de l'action double de la noradrenaline: inhibitrice par les reflexes barorecepteurs, excitatrice par action directe sur l'hypothalamus et la formation reticulaire. Dans des etats de haute excitabilite, c'est le dernier effet qui predomine. L'asphyxie provoque une decharge convulsive generalisee synchronisee apres strychninisation de l'hypothalamus. On suppose que la plus grande resistance de l'hypothalamus (et de la formation reticulaire) par rapport a celle du cortex, combinee a l'action des hormones de la medullo-surrenale qui sont liberees en cas d'asphyxie, doivent etre tenues pour responsable du role de l'hypothalamus comme animateur. Des impulsions corticofugales qui, comme il fut demontre, causent un etat de surexcitabilite de l'hypothalamus sont supposees etre responsables de l'activation de l'hypothalamus dans les etats emotifs. Les experiences decrites dans ce travail suggerent les mechanismes per lesquels un etat d'excitation emotionnelle peut aboutir a une crise epileptique.