CMU Array a le potentiel de transformer la façon dont les médecins traitent les troubles neurologiques

Les chercheurs de l’Université Carnegie Mellon ont été les pionniers du CMU Array, un nouveau type de réseau de microélectrodes pour les plates-formes d’interface cerveau-ordinateur. Il a le potentiel de transformer la façon dont les médecins sont capables de traiter les troubles neurologiques.

Imprimé en 3D à l’échelle nanométrique, le réseau de microélectrodes ultra-haute densité (MEA) est entièrement personnalisable. Cela signifie qu’un jour, les patients souffrant d’épilepsie ou d’une perte de fonction des membres due à un accident vasculaire cérébral pourraient bénéficier d’un traitement médical personnalisé optimisé pour leurs besoins individuels.

La collaboration combine l’expertise de Rahul Panat, professeur agrégé de génie mécanique, et Eric Yttri, professeur adjoint de sciences biologiques. L’équipe a appliqué la toute nouvelle technique de microfabrication, l’impression Aerosol Jet 3D, pour produire des matrices qui ont résolu les principaux obstacles de conception des autres matrices d’interface cerveau-ordinateur (BCI). Les conclusions ont été publiées dans Avancées scientifiques.

L’impression 3D Aerosol Jet offrait trois avantages majeurs. Les utilisateurs peuvent personnaliser leurs MEA pour répondre à des besoins particuliers ; les AME peuvent travailler en trois dimensions dans le cerveau ; et la densité du MEA est augmentée et donc plus robuste.”

Rahul Panat, professeur agrégé de génie mécanique, Université Carnegie Mellon

Les BCI basés sur MEA connectent les neurones du cerveau à des composants électroniques externes pour surveiller ou stimuler l’activité cérébrale. Ils sont souvent utilisés dans des applications telles que les dispositifs neuroprothétiques, les membres artificiels et les implants visuels pour transporter des informations du cerveau vers les extrémités qui ont perdu leur fonctionnalité. Les BCI ont également des applications potentielles dans le traitement de maladies neurologiques telles que l’épilepsie, la dépression et les troubles obsessionnels compulsifs. Cependant, les dispositifs existants ont des limites.

Il existe deux types d’appareils BCI populaires. Le MEA le plus ancien est le réseau Utah, développé à l’Université de l’Utah et breveté en 1993. Ce réseau à base de silicone utilise un champ de minuscules broches, ou tiges, qui peuvent être insérées directement dans le cerveau pour détecter la décharge électrique des neurones au niveau du cerveau. pointe de chaque épingle.

Un autre type est le tableau Michigan qui est imprimé sur des puces de silicone plates et délicates. Il lit les électrons lorsqu’ils tirent sur les puces. En raison de limitations de conception, ces deux matrices ne peuvent enregistrer que sur un plan bidimensionnel. Cela signifie qu’ils ne peuvent pas être personnalisés pour répondre aux besoins de chaque patient ou application.

L’aspect le plus important d’un MEA est sa capacité d’échantillonnage en trois dimensions, qui est limitée par la densité de microélectrodes dans le réseau et la capacité de positionner ces réseaux à l’endroit précis que l’on veut détecter. Les techniques de fabrication modernes de MEA ont fait d’énormes progrès en ce qui concerne la densité de ces réseaux de microélectrodes. L’ajout de la troisième dimension augmente considérablement la capacité d’échantillonnage des tableaux. De plus, des MEA sur mesure pour chaque application spécifique permettent des lectures plus précises et plus fidèles.

Le CMU Array des chercheurs est le BCI le plus dense, environ un ordre de grandeur plus dense que les BCI de l’Utah Array.

Des AME de meilleure qualité sont en demande. Les MEA utilisés pour contrôler des actions virtuelles sur un ordinateur ou des mouvements complexes des membres se heurtent aux limites de la technologie actuelle. Les applications plus avancées nécessitent des MEA qui sont personnalisés pour chaque individu et sont beaucoup plus fidèles que ce qui est actuellement disponible.

“En quelques jours, nous pouvons désormais produire un appareil de médecine de précision adapté aux besoins d’un patient ou d’un expérimentateur”, déclare Yttri, co-auteur principal de l’étude. De plus, alors que des technologies telles que la stimulation du cortex visuel et le contrôle des membres artificiels sont utilisées avec succès par le public, la possibilité de personnaliser le système de contrôle dans le cerveau pourrait ouvrir la voie à d’énormes avancées dans le domaine.

Panat prédit qu’il faudra peut-être cinq ans pour voir des tests sur l’homme, et encore plus pour voir une utilisation commerciale. L’équipe est ravie de présenter ce processus réussi à d’autres chercheurs dans le domaine pour commencer à tester une grande variété d’applications.

Un brevet sur l’architecture et la méthode de fabrication du CMU Array est en instance. La prochaine étape, dit Panat, est de travailler avec les National Institutes of Health (NIH) et d’autres partenaires commerciaux pour obtenir ces résultats dans d’autres laboratoires aussi rapidement que possible et demander un financement qui commercialiserait cette technologie.

La recherche est financée par l’initiative Brain Research Through Advancing Innovation Neurotechnologies (BRAIN) des NIH.