The part of the brain that can induce out-of-body experiences has been located. 'Out-of-body' experiences (OBEs) are curious, usually brief sensations in which a person's consciousness seems to become detached from the body and take up a remote viewing position1,2,3. Here we describe the repeated induction of this experience by focal electrical stimulation of the brain's right angular gyrus in a patient who was undergoing evaluation for epilepsy treatment. Stimulation at this site also elicited illusory transformations of the patient's arm and legs (complex somatosensory responses) and whole-body displacements (vestibular responses), indicating that out-of-body experiences may reflect a failure by the brain to integrate complex somatosensory and vestibular information1,2,3.

During an out-of-body experience (OBE), the experient seems to be awake and to see his body and the world from a location outside the physical body. A closely related experience is autoscopy (AS), which is characterized by the experience of seeing one's body in extrapersonal space. Yet, despite great public interest and many case studies, systematic neurological studies of OBE and AS are extremely rare and, to date, no testable neuroscientific theory exists. The present study describes phenomenological, neuropsychological and neuroimaging correlates of OBE and AS in six neurological patients. We provide neurological evidence that both experiences share important central mechanisms. We show that OBE and AS are frequently associated with pathological sensations of position, movement and perceived completeness of one's own body. These include vestibular sensations (such as floating, flying, elevation and rotation), visual body-part illusions (such as the illusory shortening, transformation or movement of an extremity) and the experience of seeing one's body only partially during an OBE or AS. We also find that the patient's body position prior to the experience influences OBE and AS. Finally, in five patients, brain damage or brain dysfunction is localized to the temporo-parietal junction (TPJ). These results suggest that the complex experiences of OBE and AS represent paroxysmal disorders of body perception and cognition (or body schema). The processes of body perception and cognition, and the unconscious creation of central representation(s) of one's own body based on proprioceptive, tactile, visual and vestibular information-as well as their integration with sensory information of extrapersonal space-is a prerequisite for rapid and effective action with our surroundings. Based on our findings, we speculate that ambiguous input from these different sensory systems is an important mechanism of OBE and AS, and thus the intriguing experience of seeing one's body in a position that does not coincide with its felt position. We suggest that OBE and AS are related to a failure to integrate proprioceptive, tactile and visual information with respect to one's own body (disintegration in personal space) and by a vestibular dysfunction leading to an additional disintegration between personal (vestibular) space and extrapersonal (visual) space. We argue that both disintegrations (personal; personal-extrapersonal) are necessary for the occurrence of OBE and AS, and that they are due to a paroxysmal cerebral dysfunction of the TPJ in a state of partially and briefly impaired consciousness.

The spatial unity of self and body is challenged by various philosophical considerations and several phenomena, perhaps most notoriously the “out-of-body experience” (OBE) during which one's visual perspective and one's self are experienced to have departed from their habitual position within one's body. Although researchers started examining isolated aspects of the self, the neurocognitive processes of OBEs have not been investigated experimentally to further our understanding of the self. With the use of evoked potential mapping, we show the selective activation of the temporoparietal junction (TPJ) at 330-400 ms after stimulus onset when healthy volunteers imagined themselves in the position and visual perspective that generally are reported by people experiencing spontaneous OBEs. Interference with the TPJ by transcranial magnetic stimulation (TMS) at this time impaired mental transformation of one's own body in healthy volunteers relative to TMS over a control site. No such TMS effect was observed for imagined spatial transformations of external objects, suggesting the selective implication of the TPJ in mental imagery of one's own body. Finally, in an epileptic patient with OBEs originating from the TPJ, we show partial activation of the seizure focus during mental transformations of her body and visual perspective mimicking her OBE perceptions. These results suggest that the TPJ is a crucial structure for the conscious experience of the normal self, mediating spatial unity of self and body, and also suggest that impaired processing at the TPJ may lead to pathological selves such as OBEs.

Electroencephalography (EEG) source reconstruction is becoming recognized as a useful technique to non-invasively localize the epileptic focus. Whereas, large array magnetoencephalography (MEG) systems are available since quite some time, application difficulties have previously prevented multichannel EEG recordings. Recently, however, EEG systems which allow for quick (10-20min) application of, and recording from, up to 125 electrodes have become available. The purpose of the current investigation was to systematically compare the accuracy of epileptic source localization with high electrode density to that obtained with sparser electrode setups.Interictal epileptiform activity was recorded with 123 electrodes in 14 epileptic patients undergoing presurgical evaluation. Each single epileptiform potential was down sampled to 63 and 31 electrodes, and a distributed source model (EPIFOCUS) was used to reconstruct the sources with the 3 different electrode configurations. The localization accuracy with the 3 electrode setups was then assessed, by determining the distance from the inverse solution, maximum of each single spike to the epileptogenic lesion.In 9/14 patients, the distance from the EEG source to the lesion was significantly smaller with 63 than with 31 electrodes, and increasing the number of electrodes to 123 increased this number of patients from 9 to 11. Simulations confirmed the relation between the number of electrodes and localization accuracy.The results illustrate the necessity of multichannel EEG recordings for high source location accuracy in epileptic patients.

Electroencephalography is mandatory to determine the epilepsy syndrome. However, for the precise localization of the irritative zone in patients with focal epilepsy, costly and sometimes cumbersome imaging techniques are used. Recent small studies using electric source imaging suggest that electroencephalography itself could be used to localize the focus. However, a large prospective validation study is missing. This study presents a cohort of 152 operated patients where electric source imaging was applied as part of the pre-surgical work-up allowing a comparison with the results from other methods. Patients (n = 152) with >1 year postoperative follow-up were studied prospectively. The sensitivity and specificity of each imaging method was defined by comparing the localization of the source maximum with the resected zone and surgical outcome. Electric source imaging had a sensitivity of 84% and a specificity of 88% if the electroencephalogram was recorded with a large number of electrodes (128–256 channels) and the individual magnetic resonance image was used as head model. These values compared favourably with those of structural magnetic resonance imaging (76% sensitivity, 53% specificity), positron emission tomography (69% sensitivity, 44% specificity) and ictal/interictal single-photon emission-computed tomography (58% sensitivity, 47% specificity). The sensitivity and specificity of electric source imaging decreased to 57% and 59%, respectively, with low number of electrodes (<32 channels) and a template head model. This study demonstrated the validity and clinical utility of electric source imaging in a large prospective study. Given the low cost and high flexibility of electroencephalographic systems even with high channel counts, we conclude that electric source imaging is a highly valuable tool in pre-surgical epilepsy evaluation.

Summary

Background

 Surgery is a widely accepted treatment option for drug-resistant focal epilepsy. A detailed analysis of longitudinal postoperative seizure outcomes and use of antiepileptic drugs for different brain lesions causing epilepsy is not available. We aimed to analyse the association between histopathology and seizure outcome and drug freedom up to 5 years after epilepsy surgery, to improve presurgical decision making and counselling. 

Methods

 In this retrospective, multicentre, longitudinal, cohort study, patients who had epilepsy surgery between Jan 1, 2000, and Dec 31, 2012, at 37 collaborating tertiary referral centres across 18 European countries of the European Epilepsy Brain Bank consortium were assessed. We included patients of all ages with histopathology available after epilepsy surgery. Histopathological diagnoses and a minimal dataset of clinical variables were collected from existing local databases and patient records. The primary outcomes were freedom from disabling seizures (Engel class 1) and drug freedom at 1, 2, and 5 years after surgery. Proportions of individuals who were Engel class 1 and drug-free were reported for the 11 main categories of histopathological diagnosis. We analysed the association between histopathology, duration of epilepsy, and age at surgery, and the primary outcomes using random effects multivariable logistic regression to control for confounding. 

Findings

 9147 patients were included, of whom seizure outcomes were available for 8191 (89·5%) participants at 2 years, and for 5577 (61·0%) at 5 years. The diagnoses of low-grade epilepsy associated neuroepithelial tumour (LEAT), vascular malformation, and hippocampal sclerosis had the best seizure outcome at 2 years after surgery, with 77·5% (1027 of 1325) of patients free from disabling seizures for LEAT, 74·0% (328 of 443) for vascular malformation, and 71·5% (2108 of 2948) for hippocampal sclerosis. The worst seizure outcomes at 2 years were seen for patients with focal cortical dysplasia type I or mild malformation of cortical development (50·0%, 213 of 426 free from disabling seizures), those with malformation of cortical development-other (52·3%, 212 of 405 free from disabling seizures), and for those with no histopathological lesion (53·5%, 396 of 740 free from disabling seizures). The proportion of patients being both Engel class 1 and drug-free was 0–14% at 1 year and increased to 14–51% at 5 years. Children were more often drug-free; temporal lobe surgeries had the best seizure outcomes; and a longer duration of epilepsy was associated with reduced chance of favourable seizure outcomes and drug freedom. This effect of duration was evident for all lesions, except for hippocampal sclerosis. 

Interpretation

 Histopathological diagnosis, age at surgery, and duration of epilepsy are important prognostic factors for outcomes of epilepsy surgery. In every patient with refractory focal epilepsy presumed to be lesional, evaluation for surgery should be considered. 

Funding

 None.

Abstract The scientific literature suggests that emotional memories benefit from a privileged consolidation over neutral memories. This effect extends to consolidation processes that occur during sleep. Indeed, during sleep, a complex set of oscillations (namely slow-oscillations, theta rhythm and spindles) mediates the communication between brain regions involved in the long-term integration of memories. However, whether sleep oscillations may contribute to the reactivation and consolidation of emotional memories in humans is still unclear. Because non-invasive electroencephalography (EEG) has limited access to deep brain regions implicated in memory and emotion (e.g., hippocampus, amygdala, orbitofrontal cortex), here we recorded EEG signal from these brain regions using intracranial electrodes placed in medically-resistant epileptic patients in the context of presurgical investigation. During wakefulness, we presented the patients with emotional (i.e., humorous) vs emotionally neutral pictures paired with a sound. Then, we tested for the reinstatement of emotional-associations by delivering the sound during a subsequent period of sleep. We found that the reactivation of emotional (compared to neutral) memories during sleep enhanced slow-oscillation and spindle activity in the orbitofrontal cortex, paralleled with an increase in theta connectivity between the hippocampus and the orbitofrontal cortex. In addition, we observed that the theta response to emotional memories reactivated at subsequent wake was different than for neutral memories, suggesting a change in memory traces with targeted memory reactivation. These data suggest that consolidation of emotional events during sleep is due to a larger expression of sleep features (in the slow-oscillation, theta and sigma frequency bands) and that the mechanisms of brain plasticity also take place in emotional brain regions during NREM sleep.

A fundamental scientific question concerns the neuronal basis of perceptual consciousness, which encompasses the perceptual experience and reflexive monitoring associated with a sensory event. Although recent human studies identified individual neurons reflecting stimulus visibility, their functional role for perceptual consciousness remains unknown. Here, we provide neuronal and computational evidence indicating that perceptual and reflexive consciousness are governed by an all-or-none process involving accumulation of perceptual evidence. We recorded single-neuron activity in a participant with a microelectrode implant in the posterior parietal cortex, considered a substrate for evidence accumulation, while he detected vibrotactile stimuli around detection threshold and provided confidence estimates. We found that detected stimuli elicited firing rate patterns resembling evidence accumulation during decision-making, irrespective of response effectors. Similar neurons encoded the intensity of task-irrelevant stimuli, suggesting their role for consciousness per se, irrespective of report. We generalized these findings in healthy volunteers using electroencephalography and reproduced their behavioral and neural responses with a computational model. This model considered stimulus detection if accumulated evidence reached a bound, and confidence as the distance between maximal evidence and that bound. Applying this mechanism to our neuronal data, we were able to decode single-trial confidence ratings both for detected and undetected stimuli. Our results show that the specific gradual changes in neuronal dynamics during evidence accumulation govern perceptual consciousness and reflexive monitoring in humans.

Percepts and words can be decoded from largely distributed neural activity measures. The existence of widespread representations might, however, conflict with the fundamental notions of hierarchical processing and efficient coding. Using fMRI and MEG during syllable identification, we first show that sensory and decisional activity co-localize to a restricted part of the posterior superior temporal cortex. Next, using intracortical recordings we demonstrate that early and focal neural activity in this region distinguishes correct from incorrect decisions and can be machine-decoded to classify syllables. Crucially, significant machine-decoding was possible from neuronal activity sampled across widespread regions, despite weak or absent sensory or decision-related responses. These findings show that a complex behavior like speech sound categorization relies on an efficient readout of focal neural activity, while distributed activity, although decodable by machine-learning, reflects collateral processes of sensory perception and decision.