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. RÉSUMÉ Les expériences décrites furent effectuées chez des chats, et consistaient à produire des états convulsifs ou convulsifs latents par l'application locale de strychnine sur le cortex cérébral, ou par l'injection intraveineuse de picrotoxine ou de métrazol. Il est démontré que l'excitabilité de la partie sympathique de l'hypothalamus a une influence profonde sur les deux types de décharge convulsive. Une élévation de l'état d'excitation de l'hypothalamus est associée avec une aggravation et une généralisation des décharges convulsives existantes, et par la précipitation d'une crise si l'animal se trouvait dans un état convulsif latent avant la stimulation. Cet effet peut être produit par la stimulation de la partie postérieure de l'hypothalamus, ou de la formation réticulaire au moyen d'ondes rectilignes à une fréquence de 90/100 par sec, ou par des stimulants nociceptifs ou proprioceptifs qui soient connus pour influencer l'hypothalamus et provoquer des décharges hypothalamico‐corticales diffuses. Une diminution des réflexes barorécepteurs causée par des préparations hypertensives exerce une action similaire. Ceci se base sur l'activité tonique diminuée des barorécepteurs qui inhibe l'activité de l'hypothalamus postérieur; ainsi l'activité réflexe diminuée des récepteurs sino‐aortiques libère l'hypothalamus de cette inhibition, et donne lieu à une augmentation des décharges hypothalamico‐corticales. Alors que la noradrénaline, ou l'adrénaline, en élevant la tension artérielle et par conséquent la tension dans les barorécepteurs sino‐aortiques, inhibe l'activité du système nerveux somatique chez l'animal normal et diminue l'activité convulsive si celle‐ci est faible, ces deux substances pharmacologiques aggravent l'état convulsif chez des animaux fortement strychninisés. Ces conséquences peuvent s'expliquer sur la base de l'action double de la noradrénaline: inhibitrice par les réflexes barorécepteurs, excitatrice par action directe sur l'hypothalamus et la formation réticulaire. Dans des états de haute excitabilité, c'est le dernier effet qui prédomine. L'asphyxie provoque une décharge convulsive généralisée synchronisée après strychninisation de l'hypothalamus. On suppose que la plus grande résistance de l'hypothalamus (et de la formation réticulaire) par rapport à celle du cortex, combinée à l'action des hormones de la médullo‐surrénale qui sont libérées en cas d'asphyxie, doivent être tenues pour responsable du rôle de l'hypothalamus comme animateur. Des impulsions corticofugales qui, comme il fut démontré, causent un état de surexcitabilité de l'hypothalamus sont supposées être responsables de l'activation de l'hypothalamus dans les états émotifs. Les expériences décrites dans ce travail suggèrent les méchanismes per lesquels un état d'excitation émotionnelle peut aboutir à une crise épileptique.