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Un implant neuronal transparent surveille plusieurs zones cérébrales à la fois

Par les rédacteurs de HospiMedica International
Publié le 15 janvier 2024

Les technologies actuelles d’implants neuronaux souffrent de diverses limitations. Par exemple, les réseaux de surface existants sont peu invasifs, bien qu’ils soient incapables de capturer des informations au-delà des couches externes du cerveau. En revanche, les réseaux d’électrodes dotés de fines aiguilles qui pénètrent dans le cerveau peuvent sonder les couches plus profondes mais provoquent souvent une inflammation et des cicatrices, compromettant ainsi la qualité du signal au fil du temps. Désormais, un implant fin et flexible, placé à la surface du cerveau, permet aux chercheurs de capturer des informations haute résolution sur l’activité neuronale au plus profond du cerveau sans causer de dommages à ses tissus délicats.

Des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego (La Jolla, Californie, États-Unis) ont développé un implant neuronal révolutionnaire capable de fournir des informations sur l’activité cérébrale profonde tout en étant positionné de manière non invasive à la surface du cerveau. Ce dispositif innovant se compose d’une bande de polymère mince et flexible incrustée d’un ensemble dense d’électrodes de graphène, chacune d’un diamètre de 20 micromètres. Toutes les électrodes sont reliées par un fil de graphène d’une épaisseur d’un micromètre à un circuit imprimé. Cette avancée technologique, testée avec succès sur des souris transgéniques, marque un progrès significatif vers la création d’une interface cerveau-ordinateur (BCI) moins invasive. Une telle interface serait capable de fournir des informations détaillées sur les activités neuronales profondes grâce à des enregistrements réalisés à la surface du cerveau.

Image : L’implant mince et flexible capture des informations haute résolution sur l’activité neuronale au plus profond du cerveau (Photo fournie par l’UC San Diego)

Dans des applications expérimentales sur des souris transgéniques, cet implant neuronal a démontré sa capacité à capturer simultanément des données haute résolution sur deux types distincts d’activités neuronales : les activités électriques et calciques. Lorsqu’il est placé à la surface du cerveau, l’implant enregistre les signaux électriques provenant des neurones des couches externes. Parallèlement, les chercheurs ont utilisé un microscope à deux photons, projetant une lumière laser à travers l’implant pour visualiser les pics de calcium provenant des neurones jusqu’à 250 micromètres sous la surface. Ils ont découvert une corrélation notable entre les signaux électriques captés depuis la surface et les pics de calcium se produisant dans les couches plus profondes. Cette corrélation était significative car elle a permis à l’équipe d’entraîner les réseaux neuronaux pour prédire avec précision l’activité du calcium.

Cette prédiction ne se limitait pas à de grands groupes de neurones, mais s’étendait à des neurones individuels à différentes profondeurs. La capacité de prédire l’activité du calcium sur la base de signaux électriques répond aux contraintes des expériences d’imagerie conventionnelles. En règle générale, l’imagerie des pointes de calcium nécessite que la tête du sujet soit immobilisée sous un microscope lors d’expériences s’étalant sur une ou deux heures seulement. Cependant, cette nouvelle technologie d’implant offre une approche plus dynamique et prolongée de l’étude des activités cérébrales, surmontant ces limitations et ouvrant la voie à une surveillance neuronale plus avancée et continue.

“Nous élargissons la portée spatiale des enregistrements neuronaux grâce à cette technologie”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Duygu Kuzum, professeur au Département de génie électrique et informatique de la Jacobs School of Engineering de l’UC San Diego. “Même si notre implant réside à la surface du cerveau, sa conception dépasse les limites de la détection physique dans la mesure où il peut déduire l’activité neuronale des couches plus profondes.”

Liens connexes:
Université de Californie à San Diego