Syl Kacapyr
Des chercheurs de Cornell et leurs collaborateurs ont mis au point un implant neuronal si petit qu’il peut reposer sur un grain de sel, mais qui est capable de transmettre sans fil les données relatives à l’activité cérébrale d’un animal vivant pendant plus d’un an.
Cette avancée, détaillée le 3 novembre dans Nature Electronics, démontre que les systèmes microélectroniques peuvent fonctionner à une échelle sans précédent, ouvrant de nouvelles possibilités pour la surveillance neuronale, la détection bio-intégrée et d’autres applications.
Le développement de ce dispositif, appelé électrode optoélectronique micro-échelle sans fil, ou MOTE, a été codirigé par Alyosha Molnar, professeur Ilda et Charles Lee à la faculté d’ingénierie électrique et informatique, et Sunwoo Lee, professeur adjoint à l’université technologique de Nanyang, qui a commencé à travailler sur cette technologie en tant que chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Molnar.
Alimenté par des faisceaux laser rouges et infrarouges qui traversent sans danger les tissus cérébraux, le MOTE transmet les données à l’aide de minuscules impulsions de lumière infrarouge qui codent les signaux électriques du cerveau. Une diode semi-conductrice en arséniure d’aluminium et de gallium capture l’énergie lumineuse pour alimenter le circuit et émet de la lumière pour communiquer les données. Ce dispositif est soutenu par un amplificateur à faible bruit et un encodeur optique construits à l’aide de la même technologie semi-conductrice que celle utilisée dans les micropuces courantes.
Le MOTE mesure environ 300 microns de long et 70 microns de large.
« À notre connaissance, il s’agit du plus petit implant neural capable de mesurer l’activité électrique du cerveau et de la transmettre sans fil », a déclaré M. Molnar. « En utilisant la modulation de position d’impulsion pour le code (le même code que celui utilisé dans les communications optiques pour les satellites, par exemple), nous pouvons utiliser très peu d’énergie pour communiquer et obtenir tout de même les données par voie optique. »
Les chercheurs ont d’abord testé le MOTE sur des cultures cellulaires, puis l’ont implanté dans le cortex barrique de souris, la région du cerveau qui traite les informations sensorielles provenant des moustaches. Au cours d’une année, l’implant a enregistré avec succès les pics d’activité électrique des neurones ainsi que des schémas plus larges d’activité synaptique, tout en permettant aux souris de rester en bonne santé et actives.
« L’une des motivations pour réaliser cette étude est que les électrodes traditionnelles et les fibres optiques peuvent irriter le cerveau », ajoute M. Molnar. « Les tissus bougent autour de l’implant et peuvent déclencher une réponse immunitaire. Notre objectif était de rendre le dispositif suffisamment petit pour minimiser cette perturbation tout en capturant l’activité cérébrale plus rapidement que les systèmes d’imagerie, et sans avoir besoin de modifier génétiquement les neurones pour l’imagerie. »
M. Molnar a déclaré que la composition matérielle du MOTE pourrait permettre de collecter des enregistrements électriques du cerveau pendant les IRM, ce qui n’est généralement pas possible avec les implants actuels. Cette technologie pourrait également être adaptée à d’autres tissus, tels que la moelle épinière, et même être associée à des innovations futures telles que l’optoélectronique intégrée dans des plaques crâniennes artificielles.
Le chercheur a conçu le MOTE pour la première fois en 2001, mais la recherche n’a pris de l’ampleur qu’il y a environ 10 ans, lorsqu’il a commencé à discuter de cette idée avec les membres de Cornell Neurotech, une initiative conjointe du College of Arts and Sciences et de Cornell Engineering.
Les coauteurs de l’article sont Chris Xu, directeur de la School of Applied and Engineering Physics ; Paul McEuen, professeur émérite John A. Newman au département de physique (A&S) ; Jesse Goldberg, professeur Dr David Merksamer et Dorothy Joslovitz Merksamer en sciences biologiques au département de neurobiologie et de comportement (A&S) ; et Jan Lammerding, professeur à la Meinig School of Biomedical Engineering.
Article : « A subnanolitre tetherless optoelectronic microsystem for chronic neural recording in awake mice » – DOI : 10.1038/s41928-025-01484-1
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