Visual and auditory evoked responses during penicillin induced generalized spike and wave activity in cats

SUMMARY In 13 healthy adult cats chronically implanted with parasagittal electrodes applied to the dural surface, curarization was performed and baseline recordings of the visual evoked response (VER), auditory evoked response (AER).and brainstem auditory evoked response (BAER) were made. Following the procedure of Prince and Farrell (1969), the animals were then given intramuscular doses of 300,000 to 500,000 U/kg of penicillin with the subsequent development of diffuse, bilaterally symmetrical,-photosensitive spike-and-wave discharges in the EEG These data and the similarity of this model to human petit mal epilepsy argue against increased inhibitory impulses to the visual system during the ictal discharge being responsible for the subjective loss of visual information during petit mal absence. If the amplitude of the evoked response is directly related to the functional integrity of a sensory system, this suggests that the impairment of sensory input, or absence, during spike-and-wave paroxysm is due to interference with sensory processing rostral to the brainstem ascending auditory pathway, and probably does not occur in primary sensory cortex but rather in cortical or subcortical association tracts. RESUME Chez 13 chats adultes et sains, curarises, porteurs d'electrodes epidurales chroniques implantees dans la region parasagittale, on a enregistre comme controle, les potentiels evoques visuels (PEV), auditifs (PEA) et les reponses evoquees acoustiques au niveau du brainstem (BAER). Suivant la methode de Prince et Farrel(1969)les animaux recevaient ensuite des doses de 300.000 a 500.000 unites/kg de penicilline. Ceci produisait une heure a une heure et demi apres des decharges EEG de pointes ondes diffuses bilaterales et symetriques evoquees par la SLI et s'accompagnant de myoclonies faciales, arret du mouvement et des episodes de comportement a type “d'absence” chez les animaux non curarises. L es differents potentiels evoques VER, AER, et BAER etaient enregistres a des intervalles de 15 minutes pendant plusieurs heures durant lesquelles le VER diminuait significativement d'amplitude jusqu'au moment de l'apparition des premieres pointes ondes evoquees par la stimulation photique environ une heure apres 1'injection apres laquelle toutes les composantes precoces (0 a 200 milli-secondes) du VER augmentaient progressivement de 150 a 300 pour cent jusqu'a l'apparition constante de bouffees spontanees de pointes ondes (entre une heure et demi et deux heures). En coincidence avec cette modification, on a aussi observe des modifications des composantes tardives (200 a 500 millisecondes). Les deux phenomenes de la diminution precoce et de l'augmentation tardive du PEV etaient egalement evidents dans le cortex visuel et non visuel. Avec ce modele on a observe aussi des modifications du PEA semblables mais de moindre importance par rapport a celle du PEV. L'amplitude des ondes de 1 jusqu'a 5 augmentait de 28 a 88% avec un maximum une heure et demi apres l'injection de penicilline. Ces donnees et les analogies du modele experimental utilise et de l'epilepsie avec absences typiques de type Petit Mal chez 1'homme, sont contre l'hypothese de l'existence au cours d'une decharge critique de type Petit Mal, d'une inhibition du systeme visuel qui serait responsable de la perte subjective d'informations visuelles pendant une absence Petit Mai. Si l'amplitude de la reponse evoquee a une relation directe avec l'integrite fonctionnelle d'un systeme sensoriel, ceci suggere que le deficit ou l'absence de l'afference sensorielle pendant les decharges de pointes ondes sont la consequence d'une interference dans Integration du message sensoriel qui se situe rostralement aux voies auditives ascendantes et qui n'a pas lieu dans le cortex sensoriel primaire, mais plutot dans les voies associatives corticales ou souscorticales. RESUMEN Se implantaron electrodos parasagitales en contacto con la superficie de la dura en 13 gatos adultos y sanos. Tras la curarizacion se registraron los trazados basales de las Respuestas Visuales Evocadas (VER), de las Respuestas Auditivas Evocadas (AER) y de las Respuestas Auditivas Troncoencefalicas Evocadas (BAER). Siguiendo el procedimiento de Prince y Farell (1.969) los animales fueron inyectados con 300,000 o 500,000 Unidades/kg, de penicilina consiguiendose el desarrollo subsiquiente, en el E.E.G., de descargas punta-onda fotosensibles de presentacion difusa, bilateral y simetrica. Aparecieron entre los 60 y 90 minutos y, en los animales no curarizados, coincidieron con mioclonias faciales, interrupcion de las actividades motoras y “ausencias” con mirada fija en el espacio; Las VER, AER y BAER fueron monitorizadas, durante varias horas, con 15 minutos de intervalo, observandose que las amplitudes de los VER disminuian consistentemente hasta el momento en que la fotoestimulacion provocaba los primeros brotes de complejos punta-onda. Esto ocurrfa, aproximadamente, a los 60 minutos de la inyeccion y, a partir de este momento, todos los componentes precoces de las VER (0 a 200 milisegundos) aumentaban progresivamente del 150 a 300% hasta que los brotes de punta-onda se registraban de forma consistente (de 90 a 120 minutos). Coincidiendo co este cambio tambien se observo un marcado incremento de los componenetes tarios (200 a 500 milisegundos). Ambos hallazgos, la disminucion precoz y el incremento tardio de las VER, se observaron igualmente en las cortezas visuales y no visuales. Tambien se registraron cambios en las AER con el desarrollo de este modelo y fueron semejantes a los observados en las VER aunque en menor grado. Las amplitudes de las ondas I a V de las BAER aumentaron del 28 al 88%, siendo este aumento maximo a los 90 minutos de la inyeccion de penicilina. Todos estos datos y la semejanza de este modelo con la epilepsia petit-mal en humanos, ofrecen argumentos en contra de un aumento de los impulsos inhibidores de la corteza visual durante la descarga ictal, considerados como responsables de la perdida de informacion visual durante la ausencia de petit-mal. Si la amplitude de las respuestas evocadas esta relacionada directamente con la integridad funcional del sistema sensorial, hay que suponer que la alteracion del in-put sensorial, o su ausencia, durante los paroxismos punta-onda puede ser debida a una interferencia en el proceso de la informacion sensorial en zonas mas rostrales que las vias auditivas ascendentes del tronco cerebral. Probablemente no tiene lugar en la corteza sensorial primaria sino, mas bien, en vias asociativas corticales o subcorticales. ZUSAMMENFASSUNG 13 Gesunden, ausgewachsenen Katzen wurden auf die durale Oberflache parasagittal Elektroden chronisch implantiert. Die Tiere wurden curarisiert und Basisableitungen der visuellen evozierten Potentiale (VEP), der akustisch evozierten Potentiale (AEP) und der akustisch evozierten Potentiale des Hirnstamms (BAEP) durchgefuhrt. Entsprechend dem Vorgehen von Prince und Farell (1969) erhielten die Tiere intramuskulare Dosen von 300.000 bis 500.000 E/kg Penicillin und entwickelten darauf diffuse bilateral symmetrische fotosensible spike- und wave-Entladungen im EEG, die 1 bis 1 1/2 Std. spater auftraten und bei nicht curarisierten Tieren einhergingen mit facialem Myoklonus, Bewegungsruhe und “absenceahnlichem” Starren. Die VEP, AEP, BAEP wurden in 15 Min. Intervallen fur mehrere Stunden vom Monitor aufgezeichnet. Wahrend dieser Zeit nahm die Amplitude der VEP deutlich ab bis zu dem Zeitpunkt an dem die ersten spike- und wave-Ausbruche durch Fotostimulation ausgelost werden konnten; das geschah etwa 1 Std. nach der Injektion. Nach diesem Zeitpunkt traten alle fruhen Komponenten (0–200 Millisekunden) der VEP zunehmend vermehrt von 150 auf 300% auf, bis spontane spike-und wave-Ausbruche standig abzuleiten waren (nach 1 1/2 bis 2 Std.) Mit diesen Veranderungen einhergehend konnte auch eine deutliche Zunahme der spaten Komponenten (200–500 Millisekunden) beobachtet werden. Sowohl die fruhe Verminderung und spatere Vermehrung der VEP waren gleichermassen im visuellen und nicht visuellen Cortex zu beobachten. Veranderungen der AEP wurden auch in der Entwicklung dieses Modells abgeleitet sie entsprachen den Veranderungen der VEP, waren aber geringer ausgepragt. Die Amplituden der Wellen I bis V der BAEP waren 1 1/2 Std. nach der Penicillininjektion von 28 auf maximal 88% angestiegen. Diese Ergebnisse und die Annlichkeit der Versuchsanordnung mit der Petit-Mal-Epilepsie des Menschen sprechen gegen die Annahme, dass wahrend der Krampfentladungen vermehrte inhibitorische Einflusse auf das visuelle System ursachlich verantwortlich sind fur den subjektiven Verlust visueller Information wahrend einer Petit-Mai-Absence. Wenn die Amplitude der evozierten Potentiale in direkter Beziehung zu der funktionellen Integritat eines sensorischen Systems steht, lasst dies vermuten, dass die Storung der sensorischen Einflusse oder ihr Fehlen wahrend der spike-und wave-Entladungen die Folge einer Interferenz mit der sensorischen Verarbeitung darstellt. Sie ist rostral der zum Hirnstamm aszendierenden Horbahn-wahrscheinlich nicht in den primaren sensorischen Cortex-zu lokalisieren sondern viel eher in corticale oder subcortical Assoziations-bahnen.