Un implant cérébral ou neuronal qui fournit des informations sur l’activité profonde du cerveau tout en restant à sa surface vient d’être mis au point par des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego (USA). Cet implant, composé d’une bande de polymère mince, transparente et flexible, est doté d’un réseau dense d’électrodes en graphène.
Testée sur des souris transgéniques, Cette technologie rapproche les chercheurs de la création d’une interface cerveau-ordinateur (BCI) minimalement invasive qui fournit des données de haute résolution sur l’activité neuronale profonde en utilisant des enregistrements de la surface du cerveau.
Une technologie innovante
Le nouvel implant neuronal développé à l’UC San Diego offre le meilleur des deux mondes. L’implant est une bande de polymère mince, transparente et flexible qui épouse la surface du cerveau. La bande est incrustée d’un réseau à haute densité de minuscules électrodes en graphène circulaires, chacune mesurant 20 micromètres de diamètre. Chaque électrode est connectée par un fil de graphène de quelques micromètres à une carte de circuit imprimé.
Lorsqu’il est placé sur la surface du cerveau, l’implant enregistre les signaux électriques des neurones dans les couches externes. En même temps, les chercheurs ont utilisé un microscope à deux photons pour faire briller une lumière laser à travers l’implant afin d’obtenir des images des pointes de calcium des neurones situés jusqu’à 250 micromètres sous la surface.
Des résultats prometteurs
Les chercheurs ont trouvé une corrélation entre les signaux électriques de surface et les pointes de calcium dans les couches plus profondes. Cette corrélation a permis aux chercheurs d’utiliser les signaux électriques de surface pour entraîner des réseaux neuronaux à prédire l’activité du calcium – non seulement pour de grandes populations de neurones, mais aussi pour des neurones individuels – à diverses profondeurs.
Un avantage de pouvoir prédire l’activité du calcium à partir de signaux électriques est qu’il surmonte les limitations des expériences d’imagerie. Lors de l’imagerie des pointes de calcium, la tête du sujet doit être fixée sous un microscope. Ces expériences ne peuvent durer qu’une heure ou deux à la fois.
En synthèse
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un implant neuronal ?
Un implant neuronal est un dispositif médical conçu pour stimuler, enregistrer ou bloquer les signaux dans le cerveau. Ces implants peuvent être utilisés pour traiter une variété de troubles neurologiques, tels que la maladie de Parkinson, l’épilepsie et la dépression.
Qu’est-ce qu’une interface cerveau-ordinateur ?
Une interface cerveau-ordinateur (BCI) est un système qui permet une communication directe entre le cerveau et un dispositif externe. Les BCI sont utilisées dans la recherche biomédicale et la neuroprothèse, mais elles auraient également des applications potentielles dans les domaines de la défense.
Qu’est-ce que le graphène ?
Le graphène est une forme allotropique du carbone constituée d’un seul plan d’atomes de carbone arrangés en un réseau hexagonal. Il est extrêmement fort, léger, transparent et conducteur, ce qui le rend utile dans une variété d’applications, de l’électronique à la médecine.
Qu’est-ce que l’activité du calcium dans le cerveau ?
L’activité du calcium dans le cerveau se réfère aux fluctuations des concentrations de calcium dans les neurones, qui jouent un rôle clé dans la façon dont les neurones communiquent entre eux. L’activité du calcium peut être mesurée à l’aide de techniques d’imagerie spéciales.
Quels sont les avantages de cette nouvelle technologie ?
Cette nouvelle technologie permet d’obtenir des informations de haute résolution sur l’activité neuronale profonde, ce qui pourrait améliorer notre compréhension du cerveau et aider à développer de nouvelles thérapies pour les troubles neurologiques.
Références
Illustration : Placé à la surface du cerveau, cet implant fin et flexible permet aux chercheurs de recueillir des informations à haute résolution sur l’activité neuronale à l’intérieur du cerveau sans endommager ses tissus délicats. Crédit : David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering
Article « High-density Transparent Graphene Arrays for Predicting Cellular Calcium Activity at Depth from Surface Potential Recordings » – DOI: 10.1038/s41565-023-01576-z
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