Toward a Unified Theory of Focal Penicillin Epileptogenesis: An Intracortical Evoked Potential Investigation

Summary: Microinjection of picoliter quantities of isotonic sodium penicillin through one barrel of a double micropipet into cortical area 17 of cats induced discrété and temporary foci of epileptogenic alteration in evoked potentials. These were elicited by punctate visual stimuli, recorded through the second barrel and from a second micropipet located in surrounding cortex. Penicillin induced (1) an initial graded increase in the primary latency, “physiologic” response and subsequently (2) a new “late” response which evolved into (3) an “interictal” spike potential. The enhanced physiologic response appears to represent a direct effect of penicillin upon neuronal excitability. The epileptic “late response” possessed distinctive properties that suggest the additional involvement of local circuit interactions within the neuronal population affected by the penicillin. We conclude that penicillin epileptogenesis in striate neocortex is dependent upon both intrinsic neuronal and population interaction abnormalities. Relationships of this unified theory to those of the “epileptic neuron” and “epileptic aggregate” are discussed. RÉSUMÉ La microinjection de quelques picolitres de solution sodee isotonique de pénicilline à travers l'un des conduits d'une micropipette double dans I'aire corticale 17 de chats, induit la survenue focalisée d'altérations épileptogéniques discrètes et transitoires sur des potentiels évoqués. Ceux‐ci sont obtenus par des stimuli visuels ponctuels et enregistrés à partir du second conduit de la micropipette double ainsi qu'a partir d'une seconde micropipette localisee dans le cortex voisin. La pénicilline induit d'abord (1) une augmentation initiale graduelle de la latence primaire, c'est‐à‐dire de la réponse “physiologique” puis (2) une nouvelle réponse “tardive” qui évolue (3) vers un potentiel pointu “intercritique”. L'augmentation de la reponse physiologique représente un effet direct de la pénicilline sur l'excitabilité neuronale. La “répone tardive”épileptique possede des proprietes distinctives qui suggèrent 1'implication d'interactions par des circuits locaux à I'intérieur de la population neuronale concernée par les effets de la pénicilline. Les auteurs en concluent que le caractère épileptogène de la pénicilline sur le néocortex strié dépend à la fois a“anomalies intrisèques des neurones et d'anomalies dans les interactions entre les populations neuronales. Les relations entie cette théorie unifiée et celles du “neurone épileptique” et de 1‘“agrégat épileptique” sont discutees. RESUMEN La microinyección de cantidades mínimas (picolitros) de penicilina sodica isotónica a través de uno de los barriletes de una micropipeta doble en el área 17 de la corteza de gatos produjo un foco discreto y temporal de alteración epileptogénica en los potenciales evocados. Esto se observó por medio de estímulos visuales puntiformes registrados a través del segundo barrilété y de una segunda micropipeta situada en el cortex cercano. La penicilina indujo un aumento gradual inicial en la latencia primaria, una respuesta “fisiólogica” y, subsecuentemente, una nueva respuesta “tardia” que dió lugar a un potencial pun‐tiforme “interictal”. El aumento de la respuesta fisiológica parece representar un efecto directo de la penicilina sobre la excitabilidad neuronal. Sin embargo, la respuesta “tardía” posee propiedades distintivas que sugieren una afectación adicional de las inter‐acciones de los circuitos locales, dentro de la pobla‐cion neuronal afectada por la penicilina. Nuestra conclusion fue que la epileptogénesis penicílinica en el neocórtex estriado depende tanto de anomalias intrin‐secas neuronales como de la interacción de la pobla‐cion neuronal. Se discute las relaciones de esta teoria unificada con la de la “neurona epileptica” y el “ag‐regado epiléptico”. ZUSAMMENFASSUNG Die Mikroinjektion von Picolitermengen isotonis‐chen Penicillin‐Natriums durch einen Zylinder einer doppelten Mikropipette in die kortikale Area 17 von Katzen rief diskrete und temporäre epileptogene Foci evozierter Potentiale hervor. Diese wurden ausgelöst durch punktierte visuelle Stimuli, die aufgezeichnet wurden durch einen zweiten Zylinder durch eine zweite Mikropipette, die im umgebenden Cortex lokalisiert war. Das Penicillin bewirke I) initial eine allmahliche Zunahme der primaren Latenz, “physi‐ologische” Antwort und danach 2) eine neuen “späte” Antwort. die 3) sich zu einem “interiktalen” spike Potentiale entwickelte. Die verstärkte physiologische Antwort scheint eine direkte Wirkung des Penicillins auf die neuronale Exzitabilität darzustellen. Die epi‐leptische “Spätantwort” zeigt distinkte Eigenschaften, die eine zusätzliche Einbeziehung lokaler Interaktionen im Umkreis innerhalb der neuronalen Populationen, die von Penicillin betroffen wurden, vermuten lalJt. Wir schlielten daraus, daß die Epileptogenese durch das Penicillin im striären Neocortex sowohl abhängig ist von Abnormitäten interner neuronaler Interaktionen sowie von solche, der Umgebung. Die Beziehung dieser vereinigten Theorie gegenüber denen des “epi‐leptischen Neurons” und des “epileptischen Aggre‐gats” werden diskutiert.