Summary Purpose: High‐frequency oscillations (HFOs) known as ripples (80–250 Hz) and fast ripples (250–500 Hz) can be recorded from macroelectrodes inserted in patients with intractable focal epilepsy. They are most likely linked to epileptogenesis and have been found in the seizure onset zone (SOZ) of human ictal and interictal recordings. HFOs occur frequently at the time of interictal spikes, but were also found independently. This study analyses the relationship between spikes and HFOs and the occurrence of HFOs in nonspiking channels. Methods: Intracerebral EEGs of 10 patients with intractable focal epilepsy were studied using macroelectrodes. Rates of HFOs within and outside spikes, the overlap between events, event durations, and the percentage of spikes carrying HFOs were calculated and compared according to anatomical localization, spiking activity, and relationship to the SOZ. Results: HFOs were found in all patients, significantly more within mesial temporal lobe structures than in neocortex. HFOs could be seen in spiking as well as nonspiking channels in all structures. Rates and durations of HFOs were significantly higher in the SOZ than outside. It was possible to establish a rate of HFOs to identify the SOZ with better sensitivity and specificity than with the rate of spikes. Discussion: HFOs occurred to a large extent independently of spikes. They are most frequent in mesial temporal structures. They are prominent in the SOZ and provide additional information on epileptogenicity independently of spikes. It was possible to identify the SOZ with a high specificity by looking at only 10 min of HFO activity.

In contrast to scalp EEG, our knowledge of the normal physiological intracranial EEG activity is scarce. This multicentre study provides an atlas of normal intracranial EEG of the human brain during wakefulness. Here we present the results of power spectra analysis during wakefulness. Intracranial electrodes are placed in or on the brain of epilepsy patients when candidates for surgical treatment and non-invasive approaches failed to sufficiently localize the epileptic focus. Electrode contacts are usually in cortical regions showing epileptic activity, but some are placed in normal regions, at distance from the epileptogenic zone or lesion. Intracranial EEG channels defined using strict criteria as very likely to be in healthy brain regions were selected from three tertiary epilepsy centres. All contacts were localized in a common stereotactic space allowing the accumulation and superposition of results from many subjects. Sixty-second artefact-free sections during wakefulness were selected. Power spectra were calculated for 38 brain regions, and compared to a set of channels with no spectral peaks in order to identify significant peaks in the different regions. A total of 1785 channels with normal brain activity from 106 patients were identified. There were on average 2.7 channels per cm3 of cortical grey matter. The number of contacts per brain region averaged 47 (range 6-178). We found significant differences in the spectral density distributions across the different brain lobes, with beta activity in the frontal lobe (20-24 Hz), a clear alpha peak in the occipital lobe (9.25-10.25 Hz), intermediate alpha (8.25-9.25 Hz) and beta (17-20 Hz) frequencies in the parietal lobe, and lower alpha (7.75-8.25 Hz) and delta (0.75-2.25 Hz) peaks in the temporal lobe. Some cortical regions showed a specific electrophysiological signature: peaks present in >60% of channels were found in the precentral gyrus (lateral: peak frequency range, 20-24 Hz; mesial: 24-30 Hz), opercular part of the inferior frontal gyrus (20-24 Hz), cuneus (7.75-8.75 Hz), and hippocampus (0.75-1.25 Hz). Eight per cent of all analysed channels had more than one spectral peak; these channels were mostly recording from sensory and motor regions. Alpha activity was not present throughout the occipital lobe, and some cortical regions showed peaks in delta activity during wakefulness. This is the first atlas of normal intracranial EEG activity; it includes dense coverage of all cortical regions in a common stereotactic space, enabling direct comparisons of EEG across subjects. This atlas provides a normative baseline against which clinical EEGs and experimental results can be compared. It is provided as an open web resource (https://mni-open-ieegatlas.mcgill.ca).

Speech perception is thought to rely on a cortical feedforward serial transformation of acoustic into linguistic representations. Using intracranial recordings across the entire human auditory cortex, electrocortical stimulation, and surgical ablation, we show that cortical processing across areas is not consistent with a serial hierarchical organization. Instead, response latency and receptive field analyses demonstrate parallel and distinct information processing in the primary and nonprimary auditory cortices. This functional dissociation was also observed where stimulation of the primary auditory cortex evokes auditory hallucination but does not distort or interfere with speech perception. Opposite effects were observed during stimulation of nonprimary cortex in superior temporal gyrus. Ablation of the primary auditory cortex does not affect speech perception. These results establish a distributed functional organization of parallel information processing throughout the human auditory cortex and demonstrate an essential independent role for nonprimary auditory cortex in speech processing.

A bstract The vast net of fibres within and underneath the cortex is optimised to support the convergence of different levels of brain organisation. Here we propose a novel coordinate system of the human cortex based on an advanced model of its connectivity. Our approach is inspired by seminal, but so far largely neglected models of cortico-cortical wiring established by post mortem anatomical studies and capitalizes on cutting-edge neuroimaging and machine learning. The new model expands the currently prevailing diffusion MRI tractography approach by incorporation of additional features of cortical microstructure and cortico-cortical proximity. Studying several datasets, we could show that our coordinate system robustly recapitulates established sensory-limbic and anterior-posterior dimensions of brain organisation. A series of validation experiments showed that the new wiring space reflects cortical microcircuit features (including pyramidal neuron depth and glial expression) and allowed for competitive simulations of functional connectivity and dynamics across a broad range contexts (based on resting-state fMRI, task-based fMRI, and human intracranial EEG coherence). Our results advance our understanding of how cell-specific neurobiological gradients produce a hierarchical cortical wiring scheme that is concordant with increasing functional sophistication of human brain organisation. Our evaluations demonstrate the cortical wiring space bridges across scales of neural organisation and can be easily translated to single individuals.

Abstract Efforts to understand microglia function in health and diseases have been hindered by the lack of culture models that recapitulate in situ cellular properties. In recent years, the use of serum-free media with brain-derived growth factors (CSF1R ligands and TGF-β1/2) have been favored for the maintenance of rodent microglia as they promote morphological features observed in situ . Here we study the functional and transcriptomic impacts of such media on human microglia. Media formulation had little impact on microglia transcriptome assessed by RNA sequencing which was sufficient to significantly alter microglia capacity to phagocytose myelin debris and to elicit an inflammatory response to lipopolysaccharide. When compared to immediately ex vivo microglia from the same donors, the addition of fetal bovine serum to culture media, but not growth factors, was found to aid in the maintenance of key signature genes including those involved in phagocytic processes. A phenotypic shift characterized by CSF1R downregulation in culture correlated with a lack of reliance on CSF1R signaling for survival. Consequently, no improvement in cell survival was observed following culture supplementation with CSF1R ligands. Our study provides better understanding of human microglia in culture, with observations that diverge from those previously made in rodent microglia. Graphical abstract

Abstract MerTK is a receptor tyrosine kinase that mediates the immunologically silent phagocytic uptake of diverse types of cellular debris. Highly expressed on the surface of microglial cell, MerTK is of importance in brain development, homeostasis, plasticity, and disease. Yet, involvement of this receptor in the clearance of protein aggregates that accumulate with aging and in neurodegenerative diseases has yet to be defined. The current study explored the function of MerTK in the microglial uptake of alpha-synuclein fibrils which play a causative role in the pathobiology of synucleinopathies. Using human primary and induced pluripotent stem cell-derived microglia, the MerTK- dependence of alpha-synuclein fibril internalization was investigated in vitro . Relevance of this pathway to synucleinopathies was assessed by analyzing MerTK expression in patient-derived cells and tissues. Pharmacological inhibition of MerTK and siRNA-mediated MERTK knockdown both caused a decreased rate of alpha-synuclein fibril internalization by human microglia. Consistent with the immunologically silent nature of MerTK-mediated phagocytosis, alpha-synuclein fibril internalization did not induce secretion of pro-inflammatory cytokines from microglia. In addition, burden analysis in two independent patient cohorts revealed a significant association between rare functionally deleterious MERTK variants and Parkinson’s disease in one of the cohorts ( p = 0.002). Accordingly, MERTK expression was significantly upregulated in nigral microglia from Parkinson’s disease/Lewy body dementia patients compared to those from non-neurological control donors in a single-nuclei RNA-sequencing dataset ( p = 5.08 × 10 - 21 ), and MerTK protein expression positively correlated with alpha-synuclein level in human cortex lysates ( p = 0.0029). Taken together, our findings define a novel role for MerTK in mediating the uptake of alpha-synuclein aggregates by human microglia, with possible involvement in limiting alpha-synuclein spread in synucleinopathies such as Parkinson’s disease.

Oligodendrocyte (OL) injury and subsequent loss is a pathologic hallmark of multiple sclerosis (MS). Stress granules (SGs) are membrane-less organelles containing mRNAs stalled in translation and considered as participants of the cellular response to stress. Here we show SGs in OLs in active and inactive areas of MS lesions as well as in normal-appearing white matter. In cultures of primary human adult brain derived OLs, metabolic stress conditions induce transient SG formation in these cells. Combining pro-inflammatory cytokines, which alone do not induce SG formation, with metabolic stress results in persistence of SGs. Unlike sodium arsenite, metabolic stress induced SG formation is not blocked by the integrated stress response inhibitor. Glycolytic inhibition also induces persistent SGs indicating the dependence of SG formation and disassembly on the energetic glycolytic properties of human OLs. We conclude that SG persistence in OLs in MS reflects their response to a combination of metabolic stress and pro-inflammatory conditions.

In drug-resistant temporal lobe epilepsy (TLE), it is not well-established in how far surgery should target morphological anomalies to achieve seizure freedom. Here, we assessed interactions between structural brain compromise and surgery to identify region-specific predictors of seizure outcome.

Abstract Objective Evidence suggests that the most promising results in interictal localization of the epileptogenic zone (EZ) are achieved by a combination of multiple stereo‐electroencephalography (SEEG) biomarkers in machine learning models. These biomarkers usually include SEEG features calculated in standard frequency bands, but also high‐frequency (HF) bands. Unfortunately, HF features require extra effort to record, store, and process. Here we investigate the added value of these HF features for EZ localization and postsurgical outcome prediction. Methods In 50 patients we analyzed 30 min of SEEG recorded during non–rapid eye movement sleep and tested a logistic regression model with three different sets of features. The first model used broadband features (1–500 Hz); the second model used low‐frequency features up to 45 Hz; and the third model used HF features above 65 Hz. The EZ localization by each model was evaluated by various metrics including the area under the precision‐recall curve (AUPRC) and the positive predictive value (PPV). The differences between the models were tested by the Wilcoxon signed‐rank tests and Cliff's Delta effect size. The differences in outcome predictions based on PPV values were further tested by the McNemar test. Results The AUPRC score of the random chance classifier was .098. The models (broad‐band, low‐frequency, high‐frequency) achieved median AUPRCs of .608, .582, and .522, respectively, and correctly predicted outcomes in 38, 38, and 33 patients. There were no statistically significant differences in AUPRC or any other metric between the three models. Adding HF features to the model did not have any additional contribution. Significance Low‐frequency features are sufficient for correct localization of the EZ and outcome prediction with no additional value when considering HF features. This finding allows significant simplification of the feature calculation process and opens the possibility of using these models in SEEG recordings with lower sampling rates, as commonly performed in clinical routines.

Abstract Objective Multiple sclerosis is an inflammatory demyelinating disorder associated with blood-brain-barrier breakdown, where myelin repair is reduced and ultimately fails. Our aim was to investigate the effect of a systemically circulating molecule fibrinogen, which is abnormally present in the central nervous system as a result of blood-brain barrier breakdown on human oligodendrocyte lineage cells. Methods In situ immunofluorescence was performed using anti-fibrinogen and anti-SOX10 antibodies. Mature oligodendrocytes and late progenitors were derived from brain tissue from pediatric and adult donors. Early progenitors were generated from human induced pluripotent stem cells. Following fibrinogen addition to each of these cultures, cell viability and functional capacity was evaluated. Downstream signalling following fibrinogen exposure was confirmed by immunofluorescence microscopy and bulk RNA sequencing. Results In situ studies showed fibrinogen on SOX10-positive oligodendroglia in multiple sclerosis, both in plaques and normal-appearing white matter, and white matter in amyotrophic lateral sclerosis. In response to in vitro exposure to fibrinogen, mature oligodendrocytes from adults showed increased ensheathment capacity and upregulation of lipid synthesis, whereas pediatric-age late oligodendrocyte precursors showed a decrease. Early precursors were unable to differentiate but expressed astrocytic markers and increased proliferation. Fibrinogen-exposed cells show bone morphogenetic protein signalling, more prominently in mature oligodendrocytes. Interpretation We demonstrate that fibrinogen is deposited on oligodendrocytes in multiple sclerosis and has distinct functional consequences dependent on cell lineage stage. Our findings derived using human OL lineage cells suggest fibrinogen may benefit myelin maintenance by mature oligodendrocytes, while preventing earlier lineage cells from differentiating and repairing multiple sclerosis lesions.