Post-anoxic coma after cardiac arrest poses critical challenges to clinicians and families regarding the severity of cerebral insult and the potential of recovery. In such an altered state of consciousness, electroencephalography (EEG), assessing spontaneous and evoked cerebral activity without patient's active participation, provides crucial information about the brain condition. In particular, previous studies showed preserved neural responses in simple and more complex paradigms involving mainly auditory stimuli in some post-anoxic comatose patients, and in particular in those who will survive. These results suggest that the investigation of brain functions during coma can be used to predict patient's prognosis and that consciousness may be not required for low-level processing of sensory stimuli.
However, to which extent the unconscious brain can process complex stimuli, and how brain responses during coma are associated with other clinical markers of cerebral condition and with detailed functional outcome of the survivors remains under-investigated. In the present thesis, I address these points through three experimental studies.
In the first one, I assessed the clinical evolution of patients showing an initial non-reactive EEG, defined as the absence of any visible change in the EEG signal in response to strong nociceptive or auditory stimulation. Despite an extremely poor outcome, patients recovering EEG reactivity on the second day of coma were more likely than the others to also regain other brain functions, suggesting at least partial clinical recovery in these patients.
In the second study, I investigated whether the progression of cerebral responses to auditory stimuli during coma could be predictive of the functional recovery of the survivors. My results indicate that patients improving auditory discrimination display better cognitive performances and better long-term outcome as compared with the others. In addition, the extent of the progression was directly associated with the extent of the recovery, suggesting a close relation between brain's condition during early coma and subsequent functional recovery.
Finally, in the third study, I challenged current opinions regarding the impossibility of learning in the absence of consciousness, by showing that some deeply comatose patients exhibited neural signs of expectancy of a specific stimulus. These patients presented a reactivation of the EEG activity elicited by a sound, precisely when the sound was expected after a tone, indicating the creation of an association between the tone and the following sound.
In summary, my results suggest that the comatose brain can process a large variety of stimuli, shedding new light into the cerebral functions in this clinical state, and that its signal may provide reliable and detailed prognostic information.
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Le coma après arrêt cardio-respiratoire soulève des questions essentielles pour les proches et l'équipe médicale concernant la sévérité de l'atteinte cérébrale et le potentiel de récupération. Dans ce contexte, l'électroencéphalographie (EEG), évaluant l'activité cérébrale spontanée et évoquée sans la participation du patient, fournit des informations cruciales concernant l'état du cerveau. Certains patients comateux, et en particulier ceux qui survivent, montrent une activité neuronale préservée en réponse à des paradigmes simples et plus complexes impliquant des stimuli principalement auditifs. L'investigation des fonctions cérébrales durant le coma peut donc être utile pour prédire le pronostic et la conscience ne semble pas nécessaire pour le traitement de certaines tâches simples.
Cependant, il est encore inconnu à quel point le cerveau inconscient peut traiter des stimuli complexes, et comment les réponses cérébrales pendant le coma sont associées avec d'autres marqueurs cliniques de l'état cérébral et avec le devenir fonctionnel (outcome) des survivants. Ce sont ces questions que je vais traiter à travers trois études expérimentales.
Dans la première, j'ai examiné l'évolution clinique des patients démontrant initialement un EEG non-réactif, définit comme l'absence de changement visible dans le signal EEG en réponse à de fortes stimulations nociceptives ou auditives. En dépit d'un outcome extrêmement sombre, les patients qui récupèrent la réactivité EEG au deuxième jour du coma ont plus de chance que les autres de récupérer également d'autres fonctions cérébrales, suggérant un rétablissement clinique au moins partiel chez ces patients.
Dans la deuxième étude, j'ai investigué si la progression des réponses cérébrales à des stimuli auditifs pendant le coma pouvait prédire la récupération fonctionnelle des survivants. Mes résultats indiquent que les patients qui améliorent la discrimination auditive montrent de meilleures performances cognitives et un meilleur outcome à long-terme par rapport aux autres. De plus, l'étendue de la progression est directement associée à l'étendue de la récupération fonctionnelle, suggérant une forte relation entre l'état du cerveau dans le coma précoce et l'outcome.
Finalement, au cours de la troisième étude, j'ai remis en question l'opinion selon laquelle il serait impossible d'apprendre de nouvelles informations en l'absence de conscience. J'ai montré que certains patients, alors qu'ils étaient profondément comateux, présentaient une réactivation de l'activité EEG en réponse à un son, précisément au moment où le son était attendu après un bip, indiquant la création d'une association entre le bip et le son suivant.
En résumé, mes résultats suggèrent que le cerveau comateux peux traiter une large variété de stimuli, amenant de nouvelles perspectives de cet état clinique, et que son signal peut fournir des informations fiables et détaillées pour le pronostic.