Les chercheurs développent un dispositif implantable capable d'enregistrer une sélection de neurones individuels pendant plusieurs mois.

26 janvier 2024

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par Leah Burrows, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

L'enregistrement de l'activité de grandes populations de neurones individuels dans le cerveau sur de longues périodes est essentiel pour approfondir notre compréhension des circuits neuronaux, permettre des thérapies novatrices basées sur des dispositifs médicaux et, à l'avenir, pour les interfaces cerveau-ordinateur nécessitant des informations électrophysiologiques de haute résolution.

Mais aujourd'hui, il y a un compromis entre la quantité d'informations de haute résolution qu'un dispositif implanté peut mesurer et la durée pendant laquelle il peut maintenir ses performances d'enregistrement ou de stimulation. Les implants rigides en silicone avec de nombreux capteurs peuvent collecter beaucoup d'informations mais ne peuvent pas rester dans le corps très longtemps. Les dispositifs flexibles et plus petits sont moins intrusifs et peuvent durer plus longtemps dans le cerveau, mais ils ne fournissent qu'une fraction des informations neurales disponibles.

Récemment, une équipe interdisciplinaire de chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), en collaboration avec l'University of Texas à Austin, le MIT et Axoft, Inc., a développé un dispositif implantable souple avec des dizaines de capteurs qui peut enregistrer l'activité des neurones individuels dans le cerveau de manière stable pendant des mois.

La recherche a été publiée dans Nature Nanotechnology.

"Nous avons développé des interfaces cerveau-électronique avec une résolution cellulaire unique qui sont plus conformes sur le plan biologique que les matériaux traditionnels", a déclaré Paul Le Floch, premier auteur de l'article et ancien étudiant diplômé dans le laboratoire de Jia Liu, professeur adjoint de bioingénierie à SEAS. "Ce travail a le potentiel de révolutionner la conception de la bioélectronique pour l'enregistrement et la stimulation neurale, ainsi que pour les interfaces cerveau-ordinateur."

Le Floch est actuellement PDG d'Axoft, Inc, une société fondée en 2021 par Le Floch, Liu et Tianyang Ye, ancien étudiant diplômé et boursier postdoctoral dans le Park Group à Harvard. Le bureau du développement technologique de Harvard a protégé la propriété intellectuelle associée à cette recherche et a concédé la licence de la technologie à Axoft pour un développement ultérieur.

Pour surmonter le compromis entre le débit de données à haute résolution et la longévité, les chercheurs se sont tournés vers un groupe de matériaux connus sous le nom d'élastomères fluorés. Les matériaux fluorés, comme le téflon, sont résilients, stables dans les fluides biologiques, présentent d'excellentes performances diélectriques à long terme et sont compatibles avec les techniques de microfabrication standard.

Les chercheurs ont intégré ces élastomères diélectriques fluorés avec des empilements de microélectrodes souples - au total 64 capteurs - pour développer une sonde durable qui est 10 000 fois plus souple que les sondes flexibles classiques en plastiques d'ingénierie, tels que le polyimide ou le parylene C.

L'équipe a démontré le fonctionnement du dispositif in vivo, en enregistrant des informations neurales à partir du cerveau et de la moelle épinière de souris pendant plusieurs mois.

"Notre recherche met en évidence qu'en concevant soigneusement divers facteurs, il est possible de concevoir de nouveaux élastomères pour des interfaces neurales stables à long terme", a déclaré Liu, qui est l'auteur correspondant de l'article. "Cette étude pourrait élargir la gamme de possibilités de conception pour les interfaces neurales."

L'équipe de recherche interdisciplinaire comprenait également les professeurs de SEAS Katia Bertoldi, Boris Kozinsky et Zhigang Suo.

"La conception de nouvelles sondes et interfaces neurales est un problème très interdisciplinaire qui nécessite une expertise en biologie, en génie électrique, en science des matériaux, en génie mécanique et chimique", a déclaré Le Floch.

La recherche a été co-écrite par Siyuan Zhao, Ren Liu, Nicola Molinari, Eder Medina, Hao Shen, Zheliang Wang, Junsoo Kim, Hao Sheng, Sebastian Partarrieu, Wenbo Wang, Chanan Sessler, Guogao Zhang, Hyunsu Park, Xian Gong, Andrew Spencer, Jongha Lee, Tianyang Ye, Xin Tang, Xiao Wang et Nanshu Lu.

Informations sur la revue : Nature Nanotechnology

Fourni par : Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences