Prolonged and unprolonged complex febrile seizures differently affect frontal theta brain activity

Objective: Studies have identified persistent cognitive and functional deficits, which could be linked to each other, in children with complex febrile seizures (FS). Our aim was to investigate differences in brain activity in children with a history of complex FS, through a study paradigm associated with the development of learning capacities and using electroencephalographic (EEG) signal. To further increase our understanding of these differences, complex FS were studied separately depending on their type. Method: EEG was recorded in 43 children with past FS. Brain activity associated with auditory learning was investigated using a habituation paradigm, in which repetition suppression (RS) is typically found following stimulus repetition. Auditory stimuli were repeated three times, and each presentation were analysed separately in the time-frequency (TF) domain. A mixedanalysis of variance was used to assess differences in spectral power between stimulus repetition and FS type (simple vs complex prolonged; CP vs complex unprolonged; CUP). Results: Repetition effects were found in the 3-6 Hz during 150-600ms time window after stimulus onset at frontal sites (F(2, 40)=5.645, p=0.007, η2p=0.220). Moreover, an interaction effect between stimulus repetition and FS type (F(4, 80)=2.607, p=0.042, η2p=0.115) was found. Children with CP FS showed greater increase in spectral power in response to the first stimulus presentation, while children with CUP FS failed to show a RS pattern. Significance: Our results show distinct abnormalities in brain activity to a habituation paradigm. We argue that these changes suggest children with CP FS may be hyperexcitable, while children with CUP FS show impaired habituation processes. Still, these differences may be associated with other clinical features linked to complex FS as well. Hence, the role of these differences in complex FS incidence and prognosis should be the subject of future studies

Maturation et apprentissage du contrôle postural anticipé au cours de l’adolescence : Expressions motrice et cérébrale

Agir dans son environnement passe par l’utilisation d’une fonction d’anticipation programmant l’action à réaliser mais également les conséquences de l’action sur la posture de référence. La fonction d’anticipation s’appuie sur les représentations du corps et de l’action, qui sont en perpétuelle évolution au cours de la vie. L’adolescence étant caractérisée par une modification majeure du corps et une maturation cérébrale intense, ce travail de thèse a cherché à évaluer les liens qui unissent fonction d’anticipation, représentations du corps et de l’action et maturation cérébrale durant cette période charnière. La fonction d’anticipation a été étudiée au moyen de la tâche bimanuelle de délestage qui met en jeu l’utilisation d’un bras postural, qui supporte le poids, et d’un bras manipulateur, qui le déleste. Dans cette tâche, la fonction d’anticipation passe par l’expression des ajustements posturaux anticipés (APAs). Caractérisés par une inhibition précoce des muscles fléchisseurs du bras postural chez l’adulte, les APAs annulent l’effet déstabilisateur du mouvement sur la posture de référence. Des enregistrements cinématiques, électromyographiques et électroencéphalographiques ont été utilisés conjointement pour explorer la maturation et la construction d’une représentation sensori-motrice au cours de l’adolescence. Bien qu’une stagnation des performances de stabilisation posturale soit reportée, les APAs à l’adolescence se caractérisent par une amélioration de la latence d’apparition de l’inhibition des muscles. Chez l’adulte, les APAs s’expriment par une désynchronisation du rythme mu et une onde positive au dessus du cortex sensori-moteur impliqué dans la stabilisation posturale. Les caractéristiques temporelles des signatures électrophysiologiques varient à l’adolescence. Ainsi, l’amélioration de la fonction d’anticipation serait sous-tendue par une maturation de ces activités électrophysiologiques à l’adolescence. L’apprentissage d’un nouveau contrôle postural est caractérisé, aussi bien chez l’adulte que chez l’adolescent, par une amélioration rapide puis plus lente des performances de stabilisation posturale. L’acquisition du contrôle anticipé repose sur la maitrise du réglage temporel de l’inhibition des muscles fléchisseurs, qui est plus tardive chez les adolescents. Une intégration des retours proprioceptifs en provenance de l’action permettrait la construction d’une nouvelle représentation sensorimotrice. Exprimée par la maitrise des paramètres temporels, la réactualisation des représentations de l’action et du corps à l’adolescence passerait par une meilleure intégration des informations proprioceptives, qui serait défaillante à l’adolescence. La maturation des régions cérébrales impliquées dans ces représentations serait également capitaleIn order to achieve a specific goal, voluntary action requires an anticipatory behaviour,which predicts the consequence of the planned action on the postural control. Anticipatorybehaviour rests on action and body representations, which are in continual evolution acrosslife. Under hormonal influences, adolescence is characterized by body modifications andcerebral maturation. This thesis explored the link between the anticipatory function, action andbody representations, and the cerebral maturation during this key period.Anticipatory function was assessed using the bimanual load-lifting task, which engages apostural arm, supporting the load, and a motor arm, lifting the load. In this task, theanticipatory behaviour is expressed by anticipatory postural adjustments (APAs). Characterizedby an earlier inhibition of the postural flexors in adults, APAs cancel the destabilizing effect ofmovement on the postural reference. Kinematics, electromyographic andelectroencephalographic recordings were simultaneously used to explore the maturation andthe building of a sensorimotor representation during the adolescence.Although performances of postural stabilization were stable, APAs at the adolescencewere characterized by an earlier occurrence of the inhibition latency on the postural flexors. Inadults, the APAs are expressed by a mu rhythm desynchronization and a positive wave overthe sensorimotor cortex involved in postural stabilization. The electrophysiological signaturesrecorded in the adolescent group presented different temporal characteristics. Thus, theimprovement of the anticipatory function would be underlain by a maturation of theseelectrophysiological activities during the adolescence.Learning a new postural control was characterized, in adults as well as in adolescents,by a rapid followed by a slow improvement of the postural stabilisation. The acquisition ofanticipatory control rested on the mastering of the temporal parameters of the flexorsinhibition, which took more time during the adolescence. Integration of the proprioceptivefeedback coming from the action is the mechanism at the origin of the update of thesensorimotor representation.Expressed by the mastering of the temporal parameters, the update of the body andaction representations during the adolescence would imply an enhancement of the integrationof proprioceptive information, which would be still lacking at the adolescence. The maturationof the cerebral areas involved in these representations would be also a key element

Maturation and learning of the anticipatory postural control during the adolescence : motor and cerebral expression

La fonction d’anticipation programmant l'action et ses conséquences sur la posture s’appuie sur les représentations sensorimotrice. L’adolescence étant caractérisée par des modifications du corps et du cerveau, cette thése évalue les liens qui unissent anticipation, représentations sensorimotrices et maturation cérébrale. La tâche bimanuelle de délestage met en jeu l’utilisation d’un bras postural, supportant le poids, et d’un bras manipulateur, qui le déleste. Dans cette tâche, l'anticipation s'exprime par les ajustements posturaux anticipés (APA), annulant la déstabilisation posturale causée par l'action. Des enregistrements cinématiques, EMG et EEG ont été utilisés. Bien qu’une stabilisation posturale stable soit reportée, les APAs à l’adolescence se caractérisent par une amélioration de la latence de l’inhibition des fléchisseurs. Chez l’adulte, les APA s’expriment par une désynchronisation du rythme mu et une onde positive au dessus de M1 impliqué dans la posture. Les caractéristiques temporelles de ces signatures varient à l’adolescence. L’apprentissage d’un nouveau contrôle postural est caractérisé par une amélioration rapide puis plus lente de la stabilisation posturale. Plus tardive à l'adolescence, cette acquisition repose sur la maitrise du réglage temporel de l’inhibition des fléchisseurs. Une intégration des retours proprioceptifs issus de l’action permettrait la construction d’une représentation sensorimotrice. Exprimée par la maitrise des paramètres temporels, la réactualisation des représentations sensorimotrice à l’adolescence passerait par une meilleure intégration des retours proprioceptifs. La maturation des régions cérébrales serait aussi capitale.Voluntary action requires an anticipation, which predicts the consequence of action on posture. Anticipation rests on action and body representations. Adolescence is characterized by body modifications and cerebral maturation. This thesis explored the link between the anticipatory function, action and body representations, and the cerebral maturation. The bimanual load-lifting task engages a postural arm, supporting the load, and a motor arm, lifting the load. In this task, the anticipation, expressed by anticipatory postural adjustments (APA) cancelled the destabilizing effect of movement on the posture. Kinematics, EMG and EEG were recorded. Although performances of postural stabilization were stable, APAs at the adolescence were characterized by an earlier latency of inhibition on the postural flexors. In adults, APA are expressed by a mu rhythm desynchronization and a positive wave over M1involved in posture, which presented different temporal characteristics in adolescents. Thus, the improvement of APA would be underlain by a maturation of these EEG activities. Learning a new postural control was characterized by a rapid followed by a slow improvement of the postural stabilisation. This acquisition rested on the mastering of the temporal parameters of the flexors inhibition, which took more time at the adolescence. Integration of proprioceptive feedback coming from action allowed an update of sensorimotor representation. Expressed by the mastering of the temporal parameters, the update of body and action representations at adolescence would imply an enhancement of the integration of proprioceptive information. Maturation of the cerebral areas would be a key element

Maturation et apprentissage du contrôle postural anticipé au cours de l’adolescence : Expressions motrice et cérébrale

Agir dans son environnement passe par l’utilisation d’une fonction d’anticipation programmant l’action à réaliser mais également les conséquences de l’action sur la posture de référence. La fonction d’anticipation s’appuie sur les représentations du corps et de l’action, qui sont en perpétuelle évolution au cours de la vie. L’adolescence étant caractérisée par une modification majeure du corps et une maturation cérébrale intense, ce travail de thèse a cherché à évaluer les liens qui unissent fonction d’anticipation, représentations du corps et de l’action et maturation cérébrale durant cette période charnière. La fonction d’anticipation a été étudiée au moyen de la tâche bimanuelle de délestage qui met en jeu l’utilisation d’un bras postural, qui supporte le poids, et d’un bras manipulateur, qui le déleste. Dans cette tâche, la fonction d’anticipation passe par l’expression des ajustements posturaux anticipés (APAs). Caractérisés par une inhibition précoce des muscles fléchisseurs du bras postural chez l’adulte, les APAs annulent l’effet déstabilisateur du mouvement sur la posture de référence. Des enregistrements cinématiques, électromyographiques et électroencéphalographiques ont été utilisés conjointement pour explorer la maturation et la construction d’une représentation sensori-motrice au cours de l’adolescence. Bien qu’une stagnation des performances de stabilisation posturale soit reportée, les APAs à l’adolescence se caractérisent par une amélioration de la latence d’apparition de l’inhibition des muscles. Chez l’adulte, les APAs s’expriment par une désynchronisation du rythme mu et une onde positive au dessus du cortex sensori-moteur impliqué dans la stabilisation posturale. Les caractéristiques temporelles des signatures électrophysiologiques varient à l’adolescence. Ainsi, l’amélioration de la fonction d’anticipation serait sous-tendue par une maturation de ces activités électrophysiologiques à l’adolescence. L’apprentissage d’un nouveau contrôle postural est caractérisé, aussi bien chez l’adulte que chez l’adolescent, par une amélioration rapide puis plus lente des performances de stabilisation posturale. L’acquisition du contrôle anticipé repose sur la maitrise du réglage temporel de l’inhibition des muscles fléchisseurs, qui est plus tardive chez les adolescents. Une intégration des retours proprioceptifs en provenance de l’action permettrait la construction d’une nouvelle représentation sensorimotrice. Exprimée par la maitrise des paramètres temporels, la réactualisation des représentations de l’action et du corps à l’adolescence passerait par une meilleure intégration des informations proprioceptives, qui serait défaillante à l’adolescence. La maturation des régions cérébrales impliquées dans ces représentations serait également capitaleIn order to achieve a specific goal, voluntary action requires an anticipatory behaviour,which predicts the consequence of the planned action on the postural control. Anticipatorybehaviour rests on action and body representations, which are in continual evolution acrosslife. Under hormonal influences, adolescence is characterized by body modifications andcerebral maturation. This thesis explored the link between the anticipatory function, action andbody representations, and the cerebral maturation during this key period.Anticipatory function was assessed using the bimanual load-lifting task, which engages apostural arm, supporting the load, and a motor arm, lifting the load. In this task, theanticipatory behaviour is expressed by anticipatory postural adjustments (APAs). Characterizedby an earlier inhibition of the postural flexors in adults, APAs cancel the destabilizing effect ofmovement on the postural reference. Kinematics, electromyographic andelectroencephalographic recordings were simultaneously used to explore the maturation andthe building of a sensorimotor representation during the adolescence.Although performances of postural stabilization were stable, APAs at the adolescencewere characterized by an earlier occurrence of the inhibition latency on the postural flexors. Inadults, the APAs are expressed by a mu rhythm desynchronization and a positive wave overthe sensorimotor cortex involved in postural stabilization. The electrophysiological signaturesrecorded in the adolescent group presented different temporal characteristics. Thus, theimprovement of the anticipatory function would be underlain by a maturation of theseelectrophysiological activities during the adolescence.Learning a new postural control was characterized, in adults as well as in adolescents,by a rapid followed by a slow improvement of the postural stabilisation. The acquisition ofanticipatory control rested on the mastering of the temporal parameters of the flexorsinhibition, which took more time during the adolescence. Integration of the proprioceptivefeedback coming from the action is the mechanism at the origin of the update of thesensorimotor representation.Expressed by the mastering of the temporal parameters, the update of the body andaction representations during the adolescence would imply an enhancement of the integrationof proprioceptive information, which would be still lacking at the adolescence. The maturationof the cerebral areas involved in these representations would be also a key element

Learning APAs in adults

Figure and Dataset related to the manuscript "Shift of the muscular inhibition latency during on-line acquisition of Anticipatory Postural Adjustments". The manuscript has been submitted in PlosOne (<b>PONE-D-15-25300R1).</b

Mu-oscillation changes related to the development of anticipatory postural control in children and adolescents

International audienc

Shift of the Muscular Inhibition Latency during On-Line Acquisition of Anticipatory Postural Adjustments.

During action, Anticipatory Postural Adjustments (APAs) cancel the consequences of a movement on postural stabilization. Their muscular expression is characterized by early changes in the activity of the postural muscles, before the movement begins. To explore the mechanisms enabling the acquisition of APAs, a learning paradigm was designed in which the voluntary lifting of a load with one hand triggered the unloading of another load suspended below the contralateral forearm. The aim of this study was to investigate changes in the muscular expression that uncovers the progressive learning of new APAs. A trial-by-trial analysis of kinematic and electromyographic signals recorded on the right arm was conducted in twelve adults through six sessions of learning. Kinematic results reported an enhancement of the postural stabilization across learning. The main EMG pattern found during learning consisted of a flexor inhibition, where latency was shifted towards an earlier occurrence in parallel with the improvement of the postural performance. A linear regression analysis conducted between the inhibition latency and the maximal amplitude of elbow rotation showed that the earlier the inhibition onset, the better the postural stabilization. This study revealed that the progressive shift of the postural flexor inhibition latency could be considered as a reliable neurophysiological marker of the progressive learning of new APAs. Importantly, this marker could be used to track motor learning abnormalities in pathology. We relate our findings to the update of a forward predictive model of action, defined as a system that predicts beforehand the consequences of the action on posture

Postural stabilization.

<p>(A) For each situation, the maximal amplitude of the upward forearm displacement (MA%) is expressed in percentage of the maximal amplitude measured during the imposed unloading situation. The dotted line indicates the reference value of the imposed unloading situation. Descriptive statistics are expressed as means and standard deviations. (B) Trial-by-trial evolution of the MA% during each series of the learning situation. The variability of the MA% is represented by the Standard Error of the Mean (SEM). A non-linear regression approximates the process of learning during the four first series of the learning situation.</p

MA%, latencies of the single and the double inhibition, and statistical analysis in the learning situation.

<p>Descriptive statistics are expressed as means and standard deviations.</p