The superior frontal gyrus (SFG) is thought to contribute to higher cognitive functions and particularly to working memory (WM), although the nature of its involvement remains a matter of debate. To resolve this issue, methodological tools such as lesion studies are needed to complement the functional imaging approach. We have conducted the first lesion study to investigate the role of the SFG in WM and address the following questions: do lesions of the SFG impair WM and, if so, what is the nature of the WM impairment? To answer these questions, we compared the performance of eight patients with a left prefrontal lesion restricted to the SFG with that of a group of 11 healthy control subjects and two groups of patients with focal brain lesions [prefrontal lesions sparing the SFG (n = 5) and right parietal lesions (n = 4)] in a series of WM tasks. The WM tasks (derived from the classical n-back paradigm) allowed us to study the impact of the SFG lesions on domain (verbal, spatial, face) and complexity (1-, 2- and 3-back) processing within WM. As expected, patients with a left SFG lesion exhibited a WM deficit when compared with all control groups, and the impairment increased with the complexity of the tasks. This complexity effect was significantly more marked for the spatial domain. Voxel-to-voxel mapping of each subject's performance showed that the lateral and posterior portion of the SFG (mostly Brodmann area 8, rostral to the frontal eye field) was the subregion that contributed the most to the WM impairment. These data led us to conclude that (i) the lateral and posterior portion of the left SFG is a key component of the neural network of WM; (ii) the participation of this region in WM is triggered by the highest level of executive processing; (iii) the left SFG is also involved in spatially oriented processing. Our findings support a hybrid model of the anatomical and functional organization of the lateral SFG for WM, according to which this region is involved in higher levels of WM processing (monitoring and manipulation) but remains oriented towards spatial cognition, although the domain specificity is not exclusive and is overridden by an increase in executive demand, regardless of the domain being processed. From a clinical perspective, this study provides new information on the impact of left SFG lesions on cognition that will be of use to neurologists and neurosurgeons.

Intraoperative electrical stimulation, which temporarily inactivates restricted regions during brain surgery, can map cognitive functions in humans with spatiotemporal resolution unmatched by other methods. Using this technique, we found that stimulation of the right inferior parietal lobule or the caudal superior temporal gyrus, but not of its rostral portion, determined rightward deviations on line bisection. However, the strongest shifts occurred with subcortical stimulation. Fiber tracking identified the stimulated site as a section of the superior occipitofrontal fasciculus, a poorly known parietal-frontal pathway. These findings suggest that parietal-frontal communication is necessary for the symmetrical processing of the visual scene.

Despite a better understanding of the organization of the cortical network underlying the semantic system, very few data are currently available regarding its anatomo-functional connectivity. Here, we report on a series of 17 patients operated on under local anaesthesia for a cerebral low-grade glioma located within the dominant hemisphere. Prior to and during resection, intraoperative electrical stimulation was used to map sensorimotor and language structures so that permanent neurological deficits could be avoided. In a number of cases, cortical and subcortical stimulation caused semantic paraphasias. Using postoperative MRI, we correlated these functional findings with the anatomical locations of the sites where semantic errors were elicited by stimulation, especially at the subcortical level, with the aim of studying the connectivity underlying the semantic system. In temporal gliomas, cortical sites involved in semantic processing were found around the posterior part of the superior temporal sulcus, with subcortical pathways reproducibly located under the depth of this sulcus. In insular gliomas, although stimulation elicited no semantic disturbances at the cortical level, such semantic paraphasias were generated at the level of the anterior floor of the external capsule. In frontal tumours, cortical regions implicated in semantics were detected in the lateral orbitofrontal region and dorsolateral prefrontal cortex, with subcortical fibres located under the inferior frontal sulcus. All these eloquent structures were systematically preserved, thereby avoiding permanent postoperative deficits. Our results provide arguments in favour of the existence of a main ventral subcortical pathway underlying the semantic system, within the dominant hemisphere, joining the two essential cortical epicentres of this network: the posterior and superior temporal areas, and the orbitofrontal and dorsolateral prefontal regions. Such a ventral stream might anatomically partly correspond to the inferior fronto-occipital fasciculus.

Functional neuroimaging has improved pre‐planning of surgery in eloquent cortical areas, but remains unable to map white matter. Thus, tumour resection in functional subcortical regions still presents a high risk of sequelae. The authors successfully used intraoperative electrical stimulations to perform subcortical language pathway mapping in order to avoid postoperative definitive deficit, and correlated these functional findings with the anatomical location of the eloquent bundles detected using postoperative MRI. At the same time, this also improved knowledge of fibre connectivity. Thirty patients harbouring a cortico‐subcortical low‐grade glioma in the left dominant hemisphere were operated on whilst awake using intraoperative electrical functional mapping during surgical resection. Language cortical sites and subcortical pathways were clearly identified and preserved in the 30 cases. The anatomo‐functional correlations between data obtained using intraoperative subcortical mapping and postoperative MRI revealed the existence in all patients of common pathways which seem essential to language. This was shown by inducing reproducible speech disturbances during stimulations as follows: the subcallosal fasciculus (initiation disorders), the periventricular white matter (dysarthria), the arcuate fasciculus and the insular connections (anomia). Clinically, all patients except three presented a transient postoperative dysphasia, which resolved within 3 months. On control MRI, 14 resections were total and 16 subtotal due to infiltration of functional bundles described above. It is recommended that the combination of the techniques as described could prove ideal for future non‐invasive reliable subcortical mapping both in healthy volunteers and in patients harbouring a (cortico)subcortical lesion in order to optimize surgical pre‐planning.

Object Despite better knowledge of cortical language organization, its subcortical anatomofunctional connectivity remains poorly understood. The authors used intraoperative subcortical stimulation in awake patients undergoing operation for a glioma in the left dominant hemisphere to map the language pathways and to determine the contribution of such a method to surgical results. Methods One hundred fifteen patients harboring a World Health Organization Grade II glioma within language areas underwent operation after induction of local anesthesia, using direct electrical stimulation to perform online cortical and subcortical language mapping throughout the resection. Results After detection of cortical language sites, the authors identified 1 or several of the following subcortical language pathways in all patients: 1) arcuate fasciculus, eliciting phonemic paraphasia when stimulated; 2) inferior frontooccipital fasciculus, generating semantic paraphasia when stimulated; 3) subcallosal fasciculus, inducing transcortical motor aphasia during stimulation; 4) frontoparietal phonological loop, eliciting speech apraxia during stimulation; and 5) fibers coming from the ventral premotor cortex, inducing anarthria when stimulated. These structures were preserved, representing the limits of the resection. Despite a transient immediate postoperative worsening, all but 2 patients (98%) returned to baseline or better. On control MR imaging, 83% of resections were total or subtotal. Conclusions These results represent the largest experience with human subcortical language mapping ever reported. The use of intraoperative cortical and subcortical stimulation gives a unique opportunity to perform an accurate and reliable real-time anatomofunctional study of language connectivity. Such knowledge of the individual organization of language networks enables practitioners to optimize the benefit-to-risk ratio of surgery for Grade II glioma within the left dominant hemisphere.

Background: Diffuse infiltrative low‐grade gliomas of the cerebral hemispheres in the adult are a group of tumors with distinct clinical, histological and molecular characteristics, and there are still controversies in management. Methods: The scientific evidence of papers collected from the literature was evaluated and graded according to EFNS guidelines, and recommendations were given accordingly. Results and conclusions: WHO classification recognizes grade II astrocytomas, oligodendrogliomas and oligoastrocytomas. Conventional MRI is used for differential diagnosis, guiding surgery, planning radiotherapy and monitoring treatment response. Advanced imaging techniques can increase the diagnostic accuracy. Younger age, normal neurological examination, oligodendroglial histology and 1p loss are favorable prognostic factors. Prophylactic antiepileptic drugs are not useful, whilst there is no evidence that one drug is better than the others. Total/near total resection can improve seizure control, progression‐free and overall survival, whilst reducing the risk of malignant transformation. Early post‐operative radiotherapy improves progression‐free but not overall survival. Low doses of radiation are as effective as high doses and better tolerated. Modern radiotherapy techniques reduce the risk of late cognitive deficits. Chemotherapy can be useful both at recurrence after radiotherapy and as initial treatment after surgery to delay the risk of late neurotoxicity from large‐field radiotherapy. Neurocognitive deficits are frequent and can be caused by the tumor itself, tumor‐related epilepsy, treatments and psychological distress.

Examination of functional interactions through effective connectivity requires the determination of three distinct levels of information: (1) the regions involved in the process and forming the spatial support of the network, (2) the presence or absence of interactions between each pair of regions, and (3) the directionality of the existing interactions. While many methods exist to select regions (Step 1), very little is available to complete Step 2. The two main methods developed so far, structural equation modeling (SEM) and dynamical causal modeling (DCM), usually require precise prior information to be used, while such information is sometimes lacking. Assuming that Step 1 was successfully completed, we here propose a data-driven method to deal with Step 2 and extract functional interactions from fMRI datasets through partial correlations. Partial correlation is more closely related to effective connectivity than marginal correlation and provides a convenient graphical representation for functional interactions. As an instance of brain interactivity investigation, we consider how simple hand movements are processed by the bihemispheric cortical motor network. In the proposed framework, Bayesian analysis makes it possible to estimate and test the partial statistical dependencies between regions without any prior model on the underlying functional interactions. We demonstrate the interest of this approach on real data.

Abstract Serial magnetic resonance images of 27 patients with untreated World Health Organization grade II oligodendrogliomas or mixed gliomas were reviewed retrospectively to study the kinetics of tumor growth before anaplastic transformation. Analysis of the mean tumor diameters over time showed constant growth. Linear regression, using a mixed model, found an average slope of 4.1mm per year (95% confidence interval, 3.8–4.4mm/year). Untreated low‐grade oligodendrogliomas or mixed gliomas grow continuously during their premalignant phase, and their pattern of growth can be predicted within a relatively narrow range. These findings could be of interest to optimize patients management and follow‐up. Ann Neurol 2003;53:524–528

Despite electrostimulation studies of the white matter pathways, supporting the role of the inferior fronto-occipital fasciculus (IFOF) in semantic processing, little is known about the precise anatomical course of this fascicle, especially regarding its exact cortical terminations. Here, in the lights of these new functional data, we dissected 14 post-mortem human hemispheres using the Klingler fiber dissection technique, to study the IFOF fibers and to identify their actual cortical terminations in the parietal, occipital and temporal lobes. We identified two different components of the IFOF: (i) a superficial and dorsal subcomponent, which connects the frontal lobe with the superior parietal lobe and the posterior portion of the superior and middle occipital gyri, (ii) a deep and ventral subcomponent, which connects the frontal lobe with the posterior portion of the inferior occipital gyrus and the posterior temporo-basal area. Thus, our results are in line with the hypothesis of the functional role of the IFOF in the semantic system, by showing that it is mainly connected with two areas involved in semantics: the occipital associative extrastriate cortex and the temporo-basal region. Further combined anatomical (dissection and Diffusion Tensor Imaging) and functional (intraoperative subcortical stimulation) studies are needed, to clarify the exact participation of each IFOF subcomponent in semantic processing.

Abstract BACKGROUND The objectives of this study were to register the brain locations in a consecutive series of low‐grade gliomas (LGGs) and compare these localizations with the locations of de novo glioblastomas (GBMs) that were collected during the same period in an effort to analyze whether LGGs are situated in preferential areas and to review the pathophysiologic hypothesis of such a phenomenon. METHODS One hundred thirty‐two patients with LGG and 102 patients with GBM who were followed consecutively between 1996 and 2003 by the authors were reviewed, whatever their treatment. Using anatomic, three‐dimensional magnetic resonance imaging, the location of each tumor was analyzed accurately according to a classification system based on the proximity of eloquent areas previously reported by the authors. RESULTS One hundred nine LGGs (82.6%), compared with 55 GBMs (53.9%), were situated within functional regions ( P < 0.001). More specifically, 36 LGGs (27.3%), compared with 11 GBMs (10.8%), were localized in the region of the supplementary motor area (SMA) ( P < 0.001); and 33 LGGs (25%), compared with 11 GBMs (10.8%), were located within the insula ( P < 0.001). CONCLUSIONS The current findings suggest that LGGs are located preferentially in “secondary” functional areas (immediately near the so‐called primary eloquent regions), especially within the SMA and the insular lobe. This preferential localization may be explained by developmental, cytomyeloarchitectonic, neurochemical, metabolic, and functional reasons. A better knowledge of the pathophysiologic mechanisms underlying preferential LGGs locations may improve understanding of the genesis and natural history of these tumors and, subsequently, their management. Cancer 2004. © 2004 American Cancer Society.