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15 Jan, 2024

Un implant neuronal transparent ouvre une fenêtre sur l’activité cérébrale profonde

Un implant neuronal transparent ouvre une fenêtre sur l’activité cérébrale profonde

Les fils de graphène à l’intérieur du film ne mesurent que 20 micromètres de diamètre.

Des chercheurs ont créé un mince implant neuronal transparent capable de surveiller l’activité à la surface du cerveau, mais aussi de rendre compte des fonctions à un niveau plus profond. Ils espèrent ainsi mettre au point une interface cerveau-ordinateur précise mais moins invasive.

Bien que les implants permettant aux ordinateurs de lire l’activité cérébrale progressent à un rythme soutenu, une énigme fondamentale subsiste dans ce domaine. Les implants qui lisent l’activité au plus profond de notre matière grise sont constitués de sondes qui peuvent causer des problèmes, notamment d’inflammation et de cicatrisation, et les signaux qu’ils fournissent peuvent se dégrader avec le temps. Les implants posés à la surface du cerveau ne rencontrent pas ces problèmes, mais ils ne peuvent pas donner aux scientifiques plus d’informations que les signaux qui circulent à la surface du cerveau.

Des chercheurs de l’université de Californie à San Diego (UCSD) ont pris des mesures pour résoudre ce problème. Ils ont créé un film polymère ultrafin composé de deux couches de fils de graphène transparents pris en sandwich autour d’une couche d’acide nitrique.

Après avoir placé le film transparent sur le cerveau de souris transgéniques, l’équipe a pu lire les signaux de surface émis par le cerveau des rongeurs. La véritable avancée réside toutefois dans la transparence du film.

Cela a permis aux chercheurs de tirer simultanément des lasers à travers le film et d’utiliser un microscope à deux photons pour imager des pointes de calcium provenant de neurones situés jusqu’à 0,25 mm sous la surface. Le calcium est un élément clé de la transmission des données entre les neurones.

Les chercheurs ont ensuite pu former un modèle d’apprentissage automatique pour établir le lien entre l’activité de surface et l’activité sous la surface, lui apprenant ainsi à comprendre ce qui se passe plus profondément dans le cerveau sur la base de ce que le capteur capte des signaux de surface.

« Grâce à cette technologie, nous élargissons la portée spatiale des enregistrements neuronaux », explique Duygu Kuzum, auteur principal de l’étude. « Même si notre implant se trouve à la surface du cerveau, sa conception dépasse les limites de la détection physique en ce sens qu’il peut déduire l’activité neuronale des couches plus profondes.

Les chercheurs soulignent également qu’actuellement, pour observer l’activité calcique à l’intérieur du cerveau, les scientifiques doivent fixer la tête d’un sujet sous un microscope dans le cadre de procédures qui peuvent durer jusqu’à deux heures au maximum. Le nouvel implant de l’UCSD ne présente pas cette limitation.

« Comme les enregistrements électriques n’ont pas ces limites, notre technologie permet de mener des expériences de plus longue durée au cours desquelles le sujet est libre de se déplacer et d’effectuer des tâches comportementales complexes », explique Mehrdad Ramezani, coauteur de l’étude. « Cela permet de mieux comprendre l’activité neuronale dans des scénarios dynamiques et réels. »

Ensuite, les chercheurs testeront leur implant sur d’autres modèles animaux en vue d’éventuels essais sur l’homme. Ils ont également partagé leurs résultats avec d’autres laboratoires aux États-Unis et en Europe dans l’espoir d’accélérer le développement de la technologie.

« Cette technologie peut être utilisée pour de nombreuses recherches fondamentales en neurosciences, et nous sommes impatients de contribuer à accélérer les progrès dans la compréhension du cerveau humain », a déclaré Duygu Kuzum.

https://www.nature.com/articles/s41565-023-01576-z

https://www.eurekalert.org/news-releases/1030646

https://today.ucsd.edu/story/transparent-brain-implant-can-read-deep-neural-activity-from-the-surface