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Des « électrodes vivantes » faites de cellules nerveuses génétiquement modifiées, pour répondre à la lumière, ont été implantées avec succès dans le cerveau d’animaux. On espère qu’elles permettront de relier les cerveaux aux ordinateurs, de manière plus efficace et plus durable que les électrodes classiques.

Relier le cerveau à un ordinateur

« Cela permet à notre technologie de parler le langage du système nerveux, au lieu des chocs électriques, ce qui se fait maintenant », explique Kacy Cullen de l’université de Pennsylvanie. « Lorsque nos neurones implantés sont activés, la partie la plus profonde du cerveau à laquelle ils sont connectés est alors activée par un mécanisme synaptique naturel ».
Des électrodes implantées dans le cerveau sont utilisées depuis les années 1950 pour tout; du traitement de la maladie de Parkinson à l’aide aux personnes paralysées pour communiquer, bouger et même sentir les choses. « Il y a eu des succès fantastiques », dit Cullen.
Mais les électrodes conventionnelles posent des problèmes. Le fait de placer un corps étranger dans le cerveau produire une réponse immunitaire, qui peut provoquer une cicatrisation, ce qui fait que les performances de l’électrode changent ou se dégradent. Ces électrodes affectent également tous les neurones adjacents, et pas seulement les neurones cibles, ce qui peut entraîner des effets indésirables.

L’optogénétique 

L’approche de Cullen repose plutôt sur l’optogénétique : modifier génétiquement les neurones pour qu’ils réagissent aux signaux lumineux. Un amas d’environ 10 000 cellules est ensuite placé au sommet d’un cylindre de gel soluble, dont le diamètre est à peine deux fois celui d’un cheveu humain. Les axones des neurones, poussent le long du cylindre et à l’extérieur de l’extrémité.
Lorsque ces cylindres de 1,5 millimètre de long abritant des neurones de rats modifiés ont été implantés dans le cortex visuel des rats, de nombreuses cellules implantées ont survécu, et leurs axones se sont développés dans le cortex et y ont établi des connexions avec les cellules. « Si nous avons un problème, c’est qu’il y a trop de connexions plutôt que trop peu », dit Cullen.
Le défi consiste maintenant à montrer qu’il est possible de renforcer les connexions souhaitables, et d’élaguer celles qui ne le sont pas, afin que ces implants puissent avoir des effets spécifiques, comme la prévention des crises d’épilepsie.
Les neurones implantés peuvent être d’un type qui active les cellules auxquelles ils se connectent, ou qui atténue l’activité, ou un mélange des deux types. En modifiant les cellules pour qu’elles deviennent fluorescentes lorsqu’elles sont activées, ces implants devraient pouvoir surveiller l’activité cérébrale et la contrôler.

Des banques de cellules souches

Pour traiter les patients, M. Cullen envisage de générer des neurones à partir de cellules appariées, stockées dans des banques de cellules souches, afin qu’il n’y ait pas de rejet immunitaire. Il serait prohibitif de générer des neurones à partir des propres cellules de chaque individu, dit-il.
Pour contrôler ces neurones, une matrice de LED serait implantée à la surface du cerveau, juste au-dessus de l’extrémité supérieure des nerfs implantés. « Étant à la surface du cerveau, nous ne nous attendons pas à ce qu’elles provoquent la même réaction immunitaire que des électrodes pénétrantes », explique M. Cullen.
Anthony Hannan, de l’université de Melbourne, affirme qu’il serait possible que ces électrodes vivantes, soient plus efficaces pour certaines applications que les électrodes conventionnelles. « Cependant, ils n’ont pas encore la preuve qu’elles seraient supérieures à tout autre type d’électrode », dit-il.

Commercialiser cette technologie

Et l’utilisation d’électrodes vivantes apporte également toute une série de nouveaux défis, tels que la prévention des infections et l’obtention de résultats cohérents, explique M. Hannan. M. Cullen a créé une société appelée Innervace pour aider à commercialiser cette technologie. Il souligne toutefois que les travaux en sont malgré tout à leurs débuts. « Il est malgré tout encore à un niveau assez élémentaire, et à plusieurs années des applications cliniques ».
Cette recherche a été pré-publiée dans bioRxiv.
Source : New Scientist
Crédit photo sur Unsplash : Ricky Kharawala