Un stylo à encre magnétique pourrait permettre de détecter la maladie de Parkinson 

La maladie de Parkinson peut être difficile à diagnostiquer , mais l’un des symptômes courants de cette maladie neurodégénérative progressive est la présence de petits tremblements fréquents dans les mains. Afin de mieux dépister et détecter précocement la maladie, des chercheurs ont développé un stylo diagnostique pour détecter ces mouvements de la main. Ce stylo n'écrit pas au sens traditionnel du terme. Une pointe magnétique flexible et une encre ferrofluide convertissent les mouvements en fluctuations de leur champ magnétique, exploitant ainsi l' effet magnétoélastique . Le flux magnétique produit un courant électrique dans une bobine conductrice intégrée au corps du stylo.

Dans une petite étude pilote, ce signal électrique a été utilisé pour entraîner un réseau neuronal convolutif à différencier précisément l'écriture de patients atteints de la maladie de Parkinson et celle d'un groupe sain. Le stylo diagnostique et l'étude humaine ont été présentés aujourd'hui dans Nature Chemical Engineering .

« Bien que les mécanismes de détection sous-jacents soient bien établis, la véritable force de ce travail réside dans la façon dont les auteurs les ont ingénieusement intégrés dans un dispositif fonctionnel », explique Pradeep Sharma , ingénieur à l' Université de Houston qui étudie les matériaux magnétiques doux similaires à celui utilisé dans la pointe du nouveau stylet ; il n'a pas participé à la recherche actuelle.

Qui a créé le stylo de diagnostic ?

Parce que l'appareil est capable de détecter de petits mouvements à haute fréquence, il est idéal pour examiner les tremblements des mains, explique Gary Chen, auteur principal de l'étude et doctorant à l'Université de Californie à Los Angeles, les auteurs sont principalement issus du groupe de recherche en bio-ingénierie dirigé par Jun Chen (sans lien de parenté), qui étudie les applications de l'effet magnétoélastique depuis environ cinq ans.

« Nous considérons qu'il s'agit d'une technologie très prometteuse », déclare Gary Chen, « mais comme nous l'indiquons dans notre article, notre étude actuelle présente certaines lacunes. » Principalement,Des études de suivi plus vastes, portant sur un échantillon de sujets plus diversifié, sont nécessaires pour répondre aux questions concernant le dispositif et ses applications potentielles. Dans l'étude pilote, les données d'entraînement provenaient uniquement de deux patients atteints de la maladie de Parkinson et de dix participants témoins sains, et la validation a inclus quatre participants supplémentaires, dont un atteint de la maladie de Parkinson.

Outre la validation des premiers résultats, des recherches plus poussées pourraient également permettre de déterminer si le stylo est capable de distinguer la maladie de Parkinson d'autres affections présentant des symptômes de tremblements, et s'il peut identifier les différents stades d'une même maladie. De plus, les chercheurs souhaitent étudier si la langue maternelle ou la dominance manuelle du sujet influencent les résultats, ce qui pourrait être important pour des applications cliniques.

Comment fonctionne le stylo de diagnostic ?

La pointe du nouveau stylo est composée de petits aimants en néodyme mélangés à de l'Ecoflex , une marque de caoutchouc de silicone commercialisée pour la production de prothèses et d'accessoires de cinéma. Le corps contient un réservoir d'encre ferrofluide, entouré d'un corps avec une bobine de fil conducteur intégrée.

Lorsqu'un utilisateur dessine ou écrit avec le stylet, les déformations de la pointe modifient le champ magnétique, et le mouvement du ferrofluide rend le stylo sensible à l'accélération, que ce soit sur une surface d'écriture ou dans l'air. D'infimes fluctuations magnétiques produisent un courant dans la bobine, et les variations de ce courant ont été analysées plutôt que les résultats sur papier de tâches expérimentales d'écriture ou de dessin, comme c'est souvent le cas dans les évaluations neurologiques actuelles.

Les participants ont été invités à effectuer plusieurs tâches, notamment dessiner des boucles et écrire des lettres. Des données normalisées ont été utilisées pour entraîner plusieurs types d' algorithmes d'apprentissage automatique  , et l'analyse la plus performante provenait d'un réseau neuronal convolutif unidimensionnel, qui a atteint une précision de plus de 96 % dans l'identification des personnes atteintes de la maladie de Parkinson.

Les fluctuations de courant lors des tests étaient parfois inférieures à un microampère, et la version expérimentale du stylo était connectée à un amplificateur de courant par câble. À terme, le groupe souhaite transférer les données sans fil du stylo vers un ordinateur ou un smartphone, explique Chen.

Autres applications des matériaux magnétoélastiques

Des matériaux magnétiques doux, similaires à ceux utilisés pour la pointe du stylo, parfois appelés élastomères magnétorhéologiques , sont étudiés pour diverses applications, notamment l'évolution de leurs propriétés lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique externe. Le groupe de recherche de Jun Chen a également étudié l'utilisation de matériaux magnétoélastiques pour des patchs portés autour du cou, destinés à l'assistance vocale et à des interfaces homme-machine plus générales , entre autres applications.

Plus tôt cette année, une étude estimait qu’environ 12 millions de personnes vivaient avec la maladie de Parkinson dans le monde, un nombre qui doublera d’ici 2050.

Chen souligne l'importance d'études à plus grande échelle pour évaluer l'utilité du stylo. « Admettre cela ne compromet pas la promesse », dit-il, « même s'il faudra peut-être des années, voire des décennies, pour qu'elle soit enfin tenue. »