Contribution of cortical and subcortical electrostimulation in brain glioma surgery: Methodological and functional considerations

SummaryThe aim of brain glioma surgery is to maximize the quality of resection, while minimizing the risk of sequelae. Due to the frequent location of gliomas in “eloquent areas” and because of major interindividual anatomofunctional variability, the cortical functional organization, effective connectivity and potential for plasticity must be studied for each patient individually. Consequently, in addition to preoperative functional neuroimaging, intraoperative electrostimulation (IES) can be used, under general anesthesia for motor mapping or on awake patient for language and cognitive mapping. This is an easy, accurate, reliable, and safe technique of detection of both cortical and subcortical functionally essential structures. Thus, IES enables: (i) to study the individual cortical functional organization before any resection; (ii) to understand the pathophysiology of areas involved by gliomas; (iii) to map the subcortical structures along the resection, allowing a study of the anatomofunctional connectivity; (iv) to analyze the mechanisms of on-line short-term plasticity, using repeated IES; (v) to tailor the resection according to individual cortico-subcortical functional boundaries, enabling to optimize the benefit:risk ratio of surgery. Moreover, IES can be combined with perioperative functional neuroimaging, before and after surgery, to validate these noninvasive techniques and to better understand the short-term and long-term plasticity mechanisms based on functional cortical reshaping and connectivity changes. Such individual knowledge allows planning multiple-stages surgery. In conclusion, IES enables to increase the impact of surgery on the natural history of gliomas, to preserve the quality of life, and to better understand the dynamic functional anatomy of the brain.

RésuméLe but de la chirurgie des gliomes cérébraux est de maximiser la qualité de la résection, tout en minimisant le risque de séquelles. En raison de la localisation fréquente des gliomes en aires « éloquentes », et du fait d’une variabilité anatomofonctionnelle interindividuelle majeure, l’organisation fonctionnelle corticale, la connectivité effective et le potentiel de plasticité doivent être étudiés pour chaque patient individuellement. Par conséquent, en complément de l’imagerie fonctionnelle préopératoire, les stimulations électriques peropératoires peuvent être utilisées, soit sous anesthésie générale pour une cartographie motrice, soit chez des patients éveillés pour une cartographie langagière et cognitive. Il s’agit d’une technique facile, précise, fiable et sûre de détection à la fois des structures corticales et sous-corticales fonctionnellement essentielles. Ainsi, les stimulations peropératoires permettent : (i) d’étudier l’organisation corticale fonctionnelle individuelle avant la résection ; (ii) de mieux comprendre la physiopathologie des aires infiltrées par les gliomes ; (iii) de cartographier les structures sous-corticales tout au long de l’exérèse, permettant l’étude de la connectivité anatomofonctionnelle ; (iv) d’analyser les mécanismes de plasticité aiguë à court terme, à l’aide de stimulations répétées ; (v) d’adapter la résection selon des limites fonctionnelles cortico-sous-corticales individuelles, permettant d’optimiser le rapport bénéfice/risque de la chirurgie. De plus, les stimulations peropératoires peuvent être couplées à l’imagerie neurofonctionnelle périopératoire, à savoir avant et après chirurgie, afin de valider ces techniques non invasives et de mieux comprendre les mécanismes de plasticité à court et à long terme sous-tendus par une redistribution fonctionnelle corticale et par une réorganisation de la connectivité. Une telle connaissance à l’échelon individuel peut ainsi déboucher sur une planification de chirurgie en plusieurs temps. En résumé, les stimulations électriques peropératoires permettent d’optimiser l’impact de la chirurgie sur l’histoire naturelle des gliomes, tout en préservant la qualité de vie et en améliorant la compréhension de l’anatomie fonctionnelle dynamique du cerveau.