L'électronique souple en rotation produit des sondes cérébrales 3D pour une cartographie précise des neurones

Pour mieux comprendre la contribution des différentes régions du cerveau et des circuits neuronaux à des fonctions mentales spécifiques, les neuroscientifiques et les chercheurs médicaux s'appuient sur des techniques d'imagerie avancées et des sondes neuronales. Il s'agit de dispositifs électroniques intégrant des électrodes, des composants capables de mesurer les impulsions électriques produites par les neurones, appelées « pics ».

Si les sondes existantes ont permis de cartographier divers réseaux de neurones et de comprendre leurs fonctions, la plupart d'entre elles présentent une configuration bidimensionnelle (2D). Cela s'explique par le fait qu'elles sont fabriquées à l'aide de dispositifs et de stratégies de fabrication conventionnels à base de semi-conducteurs.

Des chercheurs du Dartmouth College, de l'Université de Pittsburgh, de l'Université d'État de l'Oklahoma et d'autres instituts ont développé une nouvelle approche qui pourrait permettre la fabrication de sondes neuronales tridimensionnelles (3D) souples à grande échelle. Leur méthode, décrite dans un article publié dans Nature Electronics , consiste à transformer des dispositifs électroniques plats en structures 3D cylindriques.

« Nous avons été vraiment inspirés par le « décalage dimensionnel » entre les sondes bidimensionnelles typiques et les circuits neuronaux 3D du cerveau », a déclaré Hui Fang, auteur principal de l'article, à Medical Xpress.

« Un jour, l'idée nous est venue que, puisque nous travaillons dans un monde électronique flexible, pourquoi ne pas exploiter la souplesse des objets ? En les enroulant, nous pourrions réaliser des sondes 3D à l'échelle d'un organe comme le cerveau. »

« On peut presque considérer la sonde résultante comme un rouleau suisse », explique Fang.

« Toutes les tiges qui dépassent du rouleau suisse seront insérées dans le cerveau, et de nombreuses choses différentes peuvent être configurées : le paramètre d'espacement, le pas de la tige, le nombre de tiges et le nombre d'électrodes par tige.

« Comparez cela à la référence actuelle dans notre domaine – l'Utah Array – qui ne comporte qu'une seule électrode à chaque extrémité. Nous pouvons disposer de réseaux d'électrodes de profilage en profondeur le long de chaque tige, selon différentes conceptions. »

Essentiellement, les sondes neuronales 3D créées par Fang et ses collègues sont constituées de tiges d'électrodes, qui sont de fines extensions avec plusieurs sites d'enregistrement intégrés, reliés par un matériau flexible qui maintient l'espacement entre eux (c'est-à-dire un espaceur).

Notamment, les paramètres sous-jacents des sondes, tels que la distance entre les tiges et l'épaisseur de l'entretoise, peuvent être ajustés.

En haut : La cartographie 3D des orientations privilégiées (à gauche) et de la sélectivité (taille de la sphère, à droite) illustre une organisation poivre et sel. En bas : Les angles prédits pour les essais en attente correspondent étroitement aux angles réels (à gauche). Erreur moyenne de décodage avec des unités enregistrées en 3D par rapport à des unités confinées à un plan d’électrode unique (à droite). Crédit : Groupe de recherche Fang / Dartmouth College.

Grâce à une approche de roulement, les chercheurs ont pu créer des sondes 3D contenant des centaines d’électrodes, qui pouvaient ainsi recueillir des enregistrements plus précis que les sondes 2D existantes.

Comme les neurones sont très petits et qu’un grand nombre d’entre eux se trouvent dans des régions spécifiques du cerveau, un plus grand nombre de sites d’enregistrement pourrait aider à étudier leur activité de manière beaucoup plus détaillée.

L'équipe a baptisé les nouveaux dispositifs créés grâce à leur approche « sondes ROSE » (rolling of soft electronics ou roulement d'électronique souple). Les performances des sondes ROSE ont été évaluées lors d'une série d'expériences initiales impliquant des souris et des rats adultes vivants et en mouvement.

« En utilisant les sondes dans des modèles de rongeurs éveillés, nous avons révélé un réglage d'orientation distribué en 3D et des performances de décodage supérieures en utilisant les unités enregistrées en 3D par rapport à celles d'un plan à électrode unique », a déclaré Fang.

Les sondes ROSE réduisent également le stress tissulaire et les réactions inflammatoires par rapport aux sondes rigides traditionnelles en silicone. Des dispositifs comme celui-ci sont utilisés soit comme outil neuroscientifique – pour permettre des études à nos collègues du Département de psychologie et des sciences du cerveau, par exemple – soit comme dispositif biomédical.

À l'avenir, les nouvelles sondes développées par cette équipe de chercheurs pourraient servir à étudier la fonction et l'activité de populations neuronales spécifiques, ce qui pourrait mener à de nouvelles découvertes intéressantes. De plus, elles pourraient être intégrées à des prothèses motrices, des systèmes permettant aux personnes ne pouvant plus bouger certaines parties de leur corps de déplacer des membres robotisés grâce à leur activité cérébrale.

Une autre application émergente des sondes ROSE est le développement de neuroprothèses visuelles, également appelées yeux bioniques. Il s'agit de dispositifs médicaux intervenant sur le système nerveux pour restaurer partiellement la vue des personnes aveugles ou souffrant de déficiences visuelles sévères.

« Dans le cadre de nos prochaines études, nous améliorerons encore la biocompatibilité chronique de la plateforme de sonde 3D , en obtenant une stabilité allant du semi-chronique au chronique », a ajouté Fang.

« Cela ouvrira de nombreuses perspectives, des neurosciences fondamentales aux applications cliniques. Ensuite, nous aimerions poursuivre les études neuroprothétiques et la transposition humaine. »

https://www.nature.com/natelectron

https://www.nature.com/articles/s41928-025-01431-0

https://techxplore.com/news/2025-09-soft-electronics-yields-3d-brain.html