Measuring the Electrophysiological Effects of Direct Electrical Brain Stimulation during Awake Surgery of Low Grade Glioma

The "Awake brain surgery" consists in removing some infiltrative and slow-growing brain tumor tissues in an awake patient. The neurosurgeon performs an anatomo-functional mapping of the brain by electrically stimulating brain areas near the tumor to discriminate functional versus nonfunctional areas. This stimulation is both made cortically and subcortically to preserve the anatomical connectivity on-line. During the surgery itself, the patient is involved by performing some behavioral tasks of interest (intra-operative assessments). Despite marked functional deficits after the surgery the recovery of these patients remains impressive with respect to the lesion volume. These observations question our understanding of brain dynamics and plasticity phenomena. The electrical stimulation procedure associated to the intra-operative assessments are thus critical aspects that need to be optimized in order to improve the precision of the anatomo-functional mapping of the brain and to better understand its dynamics and plasticity for these patients. More specifically, this multidisciplinary project aims at better understanding the electrophysiological effects of the direct electrical stimulation during the surgery using intra-operative electroencephalographic and electrocorticographic recordings. A method to detect off-line remote electrophysiological effects and neuromodulations due to the application of electrical stimulation will be developped for further on-line applications during the surgery, in order to optimize electrical stimulations and improve the anatomo-functional brain mapping. By more systematically performing these precise measurements during the surgery we hope to better understand brain dynamics and plasticity in order to improve the surgical planning, rehabilitation, and quality of life of the patients.; La « chirurgie éveillée » consiste à retirer des tumeurs lentes et infiltrantes chez un patient éveillé. Le neurochirurgien pratique une cartographie anatomo-fonctionnelle du cerveau en stimulant électriquement les zones près de la tumeur, pour discriminer celles qui sont fonctionnelles de celles qui ne le sont plus. Cette stimulation est effectuée au niveau cortical et sous-cortical pour préserver la connectivité anatomique en temps réel. Pendant la chirurgie même, le patient est impliqué et réalise des tâches comportementales d'intérêts (évaluations intra-opératoires). Malgré des déficits fonctionnels marqués après la chirurgie, la récupération de ces patients reste impressionnante en regard du volume de la lésion. Ces observations questionnent notre compréhension des phénomènes de dynamique et de plasticité cérébrale. La procédure de stimulation électrique et les évaluations intra-opératoires constituent des aspects critiques qui nécessitent d'être optimisés dans le but d'améliorer la précision de la cartographie anatomo-fonctionnelle du cerveau et de mieux comprendre sa dynamique et sa plasticité chez ces patients. Plus spécifiquement, ce projet pluridisciplinaire a pour but de mieux comprendre les effets électrophysiologiques de la stimulation électrique directe pendant la chirurgie (en utilisant des enregistrements électroencéphalographiques et électrocorticographiques). Une méthode pour mesurer puis détecter a posteriori les effets électrophysiologiques et les neuromodulations induites par l'application de la stimulation électrique sera développée pour une détection en temps-réel ultérieure au cours de la chirurgie, dans le but d'optimiser les stimulations électriques et améliorer la cartographie anatomo-fonctionnelle. En réalisant de manière plus systématique ces mesures précises, pendant la chirurgie, nous espérons mieux comprendre la dynamique et la plasticité cérébrale dans le but d'améliorer la planification chirurgicale, la rééducation et la qualité de vie des patients.