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10 Nov, 2022

Un implant stimulateur cérébral s’alimente par la respiration

Un implant stimulateur cérébral s’alimente par la respiration

Impression d’artiste d’un nouvel implant cérébral alimenté par la respiration.

Les implants qui régulent l’activité électrique dans le cerveau sont utilisés depuis des décennies pour traiter les symptômes de la maladie de Parkinson, et depuis peu, nous voyons comment ils pourraient faire beaucoup plus. Une nouvelle conception pourrait améliorer considérablement l’expérience de vie avec ces dispositifs, en utilisant des générateurs triboélectriques intégrés pour convertir les mouvements respiratoires de l’utilisateur en électricité.

La stimulation cérébrale profonde consiste à implanter de minuscules fils dans des zones ciblées du cerveau pour délivrer de légères impulsions électriques, intervenant pour corriger une activité électrique anormale dans l’organe. Cette technique a été approuvée pour traiter les tremblements de la maladie de Parkinson en 1997, mais les scientifiques l’ont récemment adaptée pour traiter la dépression et les comportements impulsifs, avec des résultats préliminaires prometteurs.

Environ 150 000 patients reçoivent ces implants chaque année, le dispositif étant placé sous la peau de la poitrine et les fils remontant jusqu’au cerveau. Dans leur forme actuelle, les dispositifs fonctionnent avec des piles qui doivent être remplacées tous les deux ou trois ans, et chaque fois qu’elles le sont, une intervention chirurgicale est nécessaire pour l’échange.

Nous avons constaté des progrès intéressants dans la technologie des stimulateurs cardiaques destinés à résoudre ce même problème chez les patients souffrant de troubles du rythme cardiaque. Les chercheurs ont fait la démonstration de stimulateurs cardiaques expérimentaux qui peuvent être alimentés par les propres muscles du corps, par exemple, ou même par les battements du cœur.

Des scientifiques de l’université du Connecticut ont maintenant appliqué ce type de réflexion à la stimulation cérébrale profonde. Leur création est basée sur l’effet triboélectrique, selon lequel certains matériaux se chargent électriquement lorsqu’ils se frottent les uns contre les autres, comme un ballon et vos cheveux.

L’équipe a conçu un dispositif de stimulation cérébrale profonde qui pourrait récolter ce type d’énergie via les mouvements respiratoires d’une personne. L’implant est constitué de couches de matériaux triboélectriques qui génèrent de l’électricité à partir de la friction. Cette électricité charge un supercondensateur biocompatible, qui alimente à son tour le stimulateur cérébral profond.

« Nous avons créé notre nanogénérateur triboélectrique en utilisant de nouveaux nanomatériaux qui produisent une énergie importante lorsqu’ils entrent en contact les uns avec les autres, une énergie suffisante pour faire fonctionner le stimulateur cérébral profond », explique Esraa Elsanadidy, auteur de l’étude.

L’équipe a testé son dispositif sur un porc simulé, qui consistait en un poumon de porc pouvant être gonflé et dégonflé via une pompe, comme il le serait lors de l’inhalation et de l’expiration. Ce mouvement a provoqué un frottement entre les matériaux triboélectriques et la production d’électricité, que le stimulateur a pu utiliser pour créer 60 impulsions électriques par seconde. Celles-ci ont ensuite été utilisées pour stimuler le tissu cérébral de souris ex vivo.

« Il s’agit du premier système qui combine tous les éléments : une récolte d’énergie efficace, un stockage d’énergie et un stimulateur cérébral contrôlé », a déclaré Islam Mosa, membre de l’équipe. « Nous avons démontré que notre stimulateur cérébral profond autonome peut stimuler par intermittence le tissu cérébral en alternant des périodes de stimulation et des périodes sans stimulation, ce qui constitue une approche de stimulation cérébrale profonde efficace pour traiter les troubles psychiatriques. »

À partir de là, l’équipe prévoit de tester le système sur de grands animaux.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386422004015
https://today.uconn.edu/2022/11/a-brain-stimulator-that-powers-with-breath-instead-of-batteries/#