Les chercheurs ont développé une puce qui est alimentée sans fil et qui peut être implantée chirurgicalement pour lire les signaux neuronaux et stimuler le cerveau avec à la fois de la lumière et du courant électrique. La technologie a été démontrée avec succès chez le rat et est conçue pour être utilisée comme outil de recherche.
«Notre objectif était de créer un outil de recherche qui puisse être utilisé pour nous aider à mieux comprendre le comportement des différentes régions du cerveau, notamment en réponse à diverses formes de stimulation neurale», explique Yaoyao Jia, auteur correspondant d’un article sur le travail. et professeur adjoint de génie électrique et informatique à la North Carolina State University. « Cet outil nous aidera à répondre à des questions fondamentales qui pourraient ensuite ouvrir la voie à des progrès dans la lutte contre les troubles neurologiques tels que la maladie d’Alzheimer ou la maladie de Parkinson. »
La nouvelle technologie a deux caractéristiques qui la distinguent de l’état de l’art antérieur.
Tout d’abord, il est entièrement sans fil. Les chercheurs peuvent alimenter la puce de 5 × 3 mm2, qui possède une bobine réceptrice de puissance intégrée, en appliquant un champ électromagnétique. Par exemple, lors des tests effectués par les chercheurs sur des rats de laboratoire, le champ électromagnétique entourait la cage de chaque rat – de sorte que l’appareil était entièrement alimenté indépendamment de ce que faisait le rat. La puce est également capable d’envoyer et de recevoir des informations sans fil.
La deuxième caractéristique est que la puce est trimodale, ce qui signifie qu’elle peut effectuer trois tâches.
Les puces d’interface neuronale de pointe actuelles de ce type peuvent faire deux choses: elles peuvent lire les signaux neuronaux dans des régions ciblées du cerveau en détectant les changements électriques dans ces régions; et ils peuvent stimuler le cerveau en introduisant un petit courant électrique dans le tissu cérébral.
La nouvelle puce peut faire ces deux choses, mais elle peut également éclairer le tissu cérébral – une fonction appelée stimulation optique. Mais pour que la stimulation optique fonctionne, vous devez d’abord modifier génétiquement les neurones ciblés pour les faire réagir à des longueurs d’onde de lumière spécifiques.
Lorsque vous utilisez la stimulation électrique, vous avez peu de contrôle sur la destination du courant électrique. Mais avec la stimulation optique, vous pouvez être beaucoup plus précis, car vous n’avez modifié que les neurones que vous souhaitez cibler afin de les rendre sensibles à la lumière. Il s’agit d’un domaine de recherche actif en neurosciences, mais le domaine ne dispose pas des outils électroniques dont il a besoin pour avancer. C’est là que ce travail entre en jeu. «
Yaoyao Jia, auteur correspondant à l’étude, professeur adjoint de génie électrique et informatique, North Carolina State University
En d’autres termes, en aidant les chercheurs à éclairer (littéralement) les tissus neuronaux, la nouvelle puce les aidera (au sens figuré) à éclairer le fonctionnement du cerveau.
La source:
Université d’État de Caroline du Nord
Référence du journal:
Jia, Y., et al. (2020) Un système d’interface neuronale implantable sans fil trimodal sur puce. Transactions IEEE sur les circuits et systèmes biomédicaux. doi.org/10.1109/TBCAS.2020.3037452.
