Un implant neuronal plus petit qu'un grain de sel surveille le cerveau sans fil

Des chercheurs de Cornell et leurs collaborateurs ont mis au point un implant neuronal si petit qu'il peut tenir sur un grain de sel, et pourtant capable de transmettre sans fil des données d'activité cérébrale chez un animal vivant pendant plus d'un an.

Cette avancée majeure, 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 sans fil à l'échelle micrométrique, ou MOTE (microscale optoelectronic tetherless electrode) , a été codirigé par Alyosha Molnar , professeur Ilda et Charles Lee à l'École de génie électrique et informatique, et Sunwoo Lee, professeur adjoint à l'Université technologique de Nanyang, qui a commencé à travailler sur cette technologie en tant qu'associé postdoctoral dans le laboratoire de Molnar.

Alimenté par des faisceaux laser rouges et infrarouges qui traversent sans danger le tissu cérébral, le MOTE transmet les données grâce à de minuscules impulsions de lumière infrarouge, qui encodent les signaux électriques du cerveau. Une diode semi-conductrice en arséniure d'aluminium-gallium capte l'énergie lumineuse pour alimenter le circuit et émet de la lumière pour communiquer les données. Un amplificateur à faible bruit et un encodeur optique, réalisés avec la même technologie de semi-conducteurs que les microprocesseurs courants, complètent le dispositif.

Le MOTE mesure environ 300 microns de long et 70 microns de large.

« À notre connaissance, il s'agit du plus petit implant neuronal capable de mesurer l'activité électrique du cerveau et de la transmettre sans fil », a déclaré Molnar. « En utilisant la modulation de position d'impulsion pour le codage – le même codage que celui utilisé dans les communications optiques par satellite, par exemple – nous pouvons utiliser une puissance extrêmement faible pour communiquer tout en transmettant les données par voie optique. »

Les chercheurs ont d'abord testé le MOTE sur des cultures cellulaires, puis l'ont implanté dans le cortex somatosensoriel primaire (cortex en barillet) de souris, la région cérébrale qui traite les informations sensorielles provenant des vibrisses. Pendant un an, l'implant a enregistré avec succès des pics d'activité électrique neuronale ainsi que des schémas plus larges d'activité synaptique, et ce, sans que les souris ne présentent de problème de santé ni d'activité particulière.

« L’une des motivations de cette approche est que les électrodes et les fibres optiques traditionnelles peuvent irriter le cerveau », explique Molnar. « Les tissus autour de l’implant se déplacent et peuvent déclencher une réaction immunitaire. Notre objectif était de concevoir un dispositif suffisamment petit pour minimiser cette perturbation, tout en capturant l’activité cérébrale plus rapidement que les systèmes d’imagerie classiques, et sans avoir besoin de modifier génétiquement les neurones. »

Selon Molnar, la composition du matériau MOTE pourrait permettre de recueillir des enregistrements électriques du cerveau pendant les examens IRM, ce qui est difficilement réalisable avec les implants actuels. Cette technologie pourrait également être adaptée à d'autres tissus, comme la moelle épinière, et même être associée à de futures innovations telles que des dispositifs optoélectroniques intégrés à des plaques crâniennes artificielles.

Molnar a conçu le MOTE pour la première fois en 2001, mais les recherches n'ont véritablement pris leur essor que lorsqu'il a commencé à en discuter il y a une dizaine d'années avec des membres de Cornell Neurotech, une initiative conjointe de la Faculté des arts et des sciences et de l'École d'ingénierie de Cornell. Parmi les co-auteurs de l'article figurent Chris Xu, directeur de l'École de physique appliquée et d'ingénierie;  Paul McEuen, professeur émérite John A. Newman au Département de physique (Faculté des arts et des sciences);  Jesse Goldberg, professeur titulaire de la chaire Dr. David Merksamer et Dorothy Joslovitz Merksamer en sciences biologiques au Département de neurobiologie et du comportement (Faculté des arts et des sciences) ; et Jan Lammerding, professeur à l'École d'ingénierie biomédicale Meinig.

https://news.cornell.edu/stories/2025/11/neural-implant-smaller-salt-grain-wirelessly-tracks-brain