Pour la première fois, des scientifiques ont inventé une encre liquide que les médecins peuvent imprimer sur le cuir chevelu d'un patient pour mesurer l'activité cérébrale. La technologie, présentée le 2 décembre dans la revue Cell Press Biomatériaux cellulairesoffre une alternative prometteuse au processus fastidieux actuellement utilisé pour surveiller les ondes cérébrales et diagnostiquer les troubles neurologiques. Il a également le potentiel d’améliorer les applications non invasives d’interface cerveau-ordinateur.
Nos innovations en matière de conception de capteurs, d'encre biocompatible et d'impression à grande vitesse ouvrent la voie à la future fabrication sur corps de capteurs de tatouage électroniques, avec de larges applications à la fois au sein et au-delà des paramètres cliniques.
Nanshu Lu, Université du Texas à Austin
L'électroencéphalographie (EEG) est un outil important pour diagnostiquer diverses affections neurologiques, notamment les convulsions, les tumeurs cérébrales, l'épilepsie et les lésions cérébrales. Lors d'un test EEG traditionnel, les techniciens mesurent le cuir chevelu du patient avec des règles et des crayons, marquant plus d'une douzaine d'endroits où ils colleront des électrodes, qui sont connectées à une machine de collecte de données via de longs fils pour surveiller l'activité cérébrale du patient. Cette configuration prend du temps et est fastidieuse, et elle peut être inconfortable pour de nombreux patients, qui doivent passer le test EEG pendant des heures.
Lu et son équipe ont été pionniers dans le développement de petits capteurs qui suivent les signaux corporels provenant de la surface de la peau humaine, une technologie connue sous le nom de tatouages électroniques ou tatouages électroniques. Les scientifiques ont appliqué des tatouages électroniques sur la poitrine pour mesurer l'activité cardiaque, sur les muscles pour mesurer leur degré de fatigue et même sous les aisselles pour mesurer les composants de la sueur.
Autrefois, les tatouages électroniques étaient généralement imprimés sur une fine couche de matériau adhésif avant d'être transférés sur la peau, mais cela n'était efficace que sur les zones glabres.
« Concevoir des matériaux compatibles avec la peau poilue constitue un défi persistant dans la technologie du tatouage électronique », explique Lu. Pour surmonter ce problème, l’équipe a conçu un type d’encre liquide composée de polymères conducteurs. L'encre peut circuler à travers les cheveux pour atteindre le cuir chevelu et, une fois séchée, elle fonctionne comme un capteur à couche mince, captant l'activité cérébrale à travers le cuir chevelu.
À l’aide d’un algorithme informatique, les chercheurs peuvent concevoir les emplacements des électrodes EEG sur le cuir chevelu du patient. Ensuite, ils utilisent une imprimante à jet d’encre à commande numérique pour pulvériser une fine couche d’encre de tatouage électronique sur les taches. Le processus est rapide, ne nécessite aucun contact et ne provoque aucune gêne chez les patients, ont indiqué les chercheurs.
L’équipe a imprimé des électrodes de tatouage électronique sur le cuir chevelu de cinq participants aux cheveux courts. Ils ont également fixé des électrodes EEG conventionnelles à côté des tatouages électroniques. L’équipe a constaté que les tatouages électroniques étaient comparables dans la détection des ondes cérébrales avec un minimum de bruit.
Après six heures, le gel des électrodes conventionnelles a commencé à sécher. Plus d’un tiers de ces électrodes n’ont réussi à capter aucun signal, bien que la plupart des électrodes restantes aient eu un contact réduit avec la peau, ce qui a entraîné une détection du signal moins précise. Les électrodes de tatouage électronique, en revanche, ont montré une connectivité stable pendant au moins 24 heures.
De plus, les chercheurs ont peaufiné la formule de l'encre et imprimé des lignes de tatouage électronique qui descendent des électrodes jusqu'à la base de la tête pour remplacer les fils utilisés dans un test EEG standard. « Cette modification a permis aux fils imprimés de transmettre des signaux sans capter de nouveaux signaux en cours de route », explique l'auteur co-correspondant Ximin He de l'Université de Californie à Los Angeles.
L’équipe a ensuite attaché des fils physiques beaucoup plus courts entre les tatouages à un petit appareil qui collecte des données sur les ondes cérébrales. L'équipe a déclaré qu'à l'avenir, elle prévoyait d'intégrer des transmetteurs de données sans fil dans les tatouages électroniques pour réaliser un processus EEG entièrement sans fil.
« Notre étude peut potentiellement révolutionner la manière dont sont conçus les dispositifs non invasifs d'interface cerveau-ordinateur », déclare l'auteur co-correspondant José Millán de l'Université du Texas à Austin. Les dispositifs d'interface cerveau-ordinateur fonctionnent en enregistrant les activités cérébrales associées à une fonction, telle que la parole ou le mouvement, et les utilisent pour contrôler un appareil externe sans avoir à bouger un muscle. Actuellement, ces appareils impliquent souvent un casque volumineux et encombrant à utiliser. Les tatouages électroniques ont le potentiel de remplacer le dispositif externe et d'imprimer l'électronique directement sur la tête d'un patient, rendant ainsi la technologie d'interface cerveau-ordinateur plus accessible, explique Millán.
