Development of EEG Epileptic Activity and Seizures During Kindling in Sensorimotor Cortex in Cats

Summary: The problem of the relationship between stimulus intensity and kindling effect was studied in three groups of cats with bipolar stimulating electrodes implanted in the right posterior sigmoid gyrus (sensorimotor cortex). Daily stimulation with a 1‐sec train of 60‐Hz rectangular pulses was carried out in 17 cats over a period of from 27 to 265 days. Group I, 3 cats, was stimulated with a current intensity of 200 μA, peak‐to‐peak, which was subthreshold for afterdischarges (ADs); 6 animals from group II were stimulated with near‐threshold currents (0.8‐1.1 mA); and in the 8 animals of the group III, the ADs were evoked by threshold currents of 1.0–1.6 mA. The EEG was recorded from the sensorimotor and visual cortices, hippocampus, caudate nucleus, dentate nucleus, and cerebellar cortex. It was found that the low‐current stimulation (200 μV) was not effective in inducing kindling. Near‐threshold stimulation (below 1 mA) resulted in the development of bioelectrical epileptic activity in most cats. Threshold stimulation for AD resulted in the development of bioelectrical spontaneous activity and in an increase in the duration of ADs, as well as in generalized tonic‐clonic seizures during cortical stimulations, in the majority of cats. Differences in hippocampal and neocorti‐cal kindling in cats are discussed in terms of ADs and seizure development. It was found that (1) a longer time was required for neocortical than for hippocampal kindling (3 – 10 weeks), and (2) there was greater variability in the effects of neocortical kindling. Secondary generalized seizures developed in the group with threshold stimulation for AD and were preceded by an increase in the number of ADs. The interictal epileptic activity developed in some cats in the absence of ADs. RÉSUMÉ Le problème des relations entre I'intensité du stimulus et l'effet d'embrasement (kindling effect) a étéétudié chez 3 groupes de chats porteurs d'électrodes de stimulation bipolaires implantées dans le gyrus sigmoïde postérieur droit (cortex sensorimoteur). Des stimulations quotidiennes d'une durée d'une seconde. sous forme de stimuli rectangulaires à 60 Hz, ont été repétées pendant des périodes variant de 27 à 265 jours sur un total de 17 chats. Le groupe I, constitué de 3 chats, était stimulé avec des courants d'une intensityé de 200 μA, inférieurs au seuil nécessaire à l'apparition des post‐décharges; les six animaux du groupe II étaient stimulés avec des courants proches de ce seuil (0,8 à 1,1 mA) et les 8 chats du groupe III recevaient des courants atteignant le seuil de l à 1,6 mA déclanchant les post‐décharges. L'EEG était en‐registre'au niveau des cortex sensori‐moteur et visuel, de I'hippocampe, du noyau caudé, du noyau dentelea et du cortex cérébelleux. II a été ainsi démontré que les courants de faible intensityé (200 μ.V) étaient incapables d'induire un effet d'embrasement. Les stimulations proches du seuil (moins de 1 mA) font apparaitre une activitea bioélectrique épileptique chez la majorité des chats. Les stimulations atteignant le seuil nécessaire à l'apparition des post‐décharges aboutissent chez la plupart des chats au développement d'une activité bioélectrique spontanée et à l'augmentation de la durée des post‐décharges ainsi qu'à la survenue de crises tonico‐cloniques généralisées lors des stimulations corticales. Les différences de l'effet d'embrasement hippocampien et néo‐cortical chez le chat sont discutées en termes de post‐décharges et de survenue des crises. Les auteurs ont trouvé (1) qu'un délai plus long était nécessaire pour l'obtention d'un embrase‐ment nécortical par rapport à celle d'un enbrasement hippocampien (3 semaines contre 10) et (2) que la variabilityéétait plus grande pour les effets de l'embrasement néocortical. Des crises secondairement généralisées se développaient dans le groupe avec stimulation au seuil de déclenchement des postdécharges. L'activitéépileptique intercritique se développait chez certains chats en l'absence de postdécharges. RESUMEN El problema de la relación existente entre la intensidad del estímulo y el efecto del condicionamiento (kindling) se ha estudiado en tres grupos de gatos con estimulacion a base de electrodos bipolares implantados en el giro sigmoideo posterior derecho (corteza sensori‐motora). Se llevó a cabo una estimulación diaria en 17 gatos con un tren de pulsos rectangulares de 60 Hz de I segundo de duración entre 27 a 265 días. Tres gatos del Grupo I se estimularon con una cor‐riente de intensidad de 200 μA, de pico a pico, que era sub‐umbral para las post‐descargas (AD); seis animales del Grupo II fueron estimulados con corrientes casi‐umbral de 0.8‐1.1 mA y en los 8 animales del Grupo III las AD fueron evocadas mediante cor‐rientes umbral de 1.0–1.6 mA. El EEG se registro en las cortezas sensori‐motoras y visual, hipocampo, núcleo caudado, núcleo dentado y corteza cerebelosa. Se encontró que la baja corriente de estimulación (200 μV) no fue efectiva en la inducción del kindling. La estimulación casiumbral (inferior a I mA) produjo actividad bioeléctrica epiléptica en la mayoría de los gatos. La estimulación en el umbral de las AD desar‐rolló actividad bioélectrica espontánea y un aumento de la duración de las AD con convulsiones tónico‐clónicas generalizadas, en la mayoría de los gatos. durante la estimulación cortical. Se discuten las diferencias del kindling en hipocampo o en neocortex en los gatos en términos de las AD y del desarrollo de ataques. Se encontró que (1) es necesario un tiempo más prolongado para el kindling del neocortex que del hipocampo (3 y 10 semanas) y (2) se observó una mayor variabilidad en los efectos del kindling del neocortex. Se desarrollaron convulsiones generalizadas en el grupo con estimulación en el umbral de las AD y se precedieron de un aumento en el número de las AD. En algunos gatos la actividad epiléptica interictal apareció en ausencia de las AD. ZUSAMMENFASSUNG Das Problem und die Beziehungen zwischen der Stimulus‐Intensitat und dem Kindling‐Effekt wurde bei 3 Gruppen von Katzen untersucht, die mit bipolaven Elektroden stimuliert wurden. die im rechten hinteren Hgyrus sigmoideus (sensomotorischer Kor‐tex) implantiert waren. Tägliche Stimulationen mit einem I Sekunde dauernden 60 Hz Rechteckimpuls wurde bei 17 katzen durchgeführt während einer Periode von 27 bis 265 Tagen. Gruppe I: 3 Katzen wurden stimuliert mit einer Stromstärke von 200 uA, peak to peak, die unterhalb der Schwelle für Nachentladungen (ADs) lag; 6 Tiere von Gruppe II wurden mit nahezu Schwellenwertstromen stimuliert (0,8 bis 1,1 μ.A); bei den 8 Tieren der Gruppe III wurden die ADs durch Ströme im Schwellenwert von 1,0 bis 1,6 maausgelöst. Das EEG wurde vom sensomotorischen und vom visuellen Kortex abgeleitet, vom Hippokampus, Nucleus caudatus, Nucleus dentatus und von der Kleinhirn‐rinde. Es wurde gefunden, daß die Stimulation mit niedrigen Stromstärken (200 uV) kein Kindeln her‐beiführte. Nahe Schwellenwertstimulation (unter 1 mA) führte bei der Mehrzahl der Katzen zur En‐twicklung bioelektrischer epileptischer Aktivität. Stimulationen mit Schwellenwertströmen für die ADs führte zu Entwicklung bioelektrischer spontaner Aktivität und einer Zunahme der Dauer der ADs, ebenso wie zu generalisierten tonisch‐klonischen Anfällen während der kortikalen Stimulation bei den meisten Katzen. Unterschiede im hippokampalen und neokortikalen Kindeln bei Katzen werden diskutiert hinsichtlich der Entwicklung von ADs und Anfällen. Es wurde gefunden, daß (1) eine längere Zeit notwendig war für das neokortikale als fur das hippokampale Kindeln (3 bis 10 Wochen) und (2) bestand eine größere Variability in den Wirkungen des Neokor‐ tikalen Kindelns. Sekundär generalisierte Anfälle en‐twickelten sich in der Gruppe mit Schwellen‐wertstimulation für ADs und liefen voraus einer Ver‐mehrung der Anzahl der ADs. Die interiktale epilep‐tische Aktivität entwickelte sich bei einigen Katzen trotz Abwesenheit der ADs.