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Une minuscule électrode implantable en fibre de carbone, mise au point à l’université du Michigan et démontrée sur des rats, pourrait constituer une interface cerveau-ordinateur à long terme, capable de saisir l’ampleur et les nuances des signaux électriques sur de longues périodes.

Pour plusieurs sortes d’utilisation

Il s’agit d’une étape qui pourrait un jour déboucher sur des avancées pour l’homme et améliorer la qualité de vie de nombreuses personnes : permettre aux amputés et aux personnes souffrant de lésions de la colonne vertébrale de contrôler des prothèses, stimuler le nerf sacré pour rétablir le contrôle de la vessie, stimuler le nerf vague cervical pour traiter l’épilepsie et fournir une stimulation cérébrale profonde comme traitement de la maladie de Parkinson.

Les nouvelles recherches montrent que les électrodes en fibre de carbone sont prometteuses pour transmettre des signaux électriques du cerveau d’un rat à un ordinateur sans endommager le tissu cérébral. L’implantation directe d’électrodes en fibre de carbone dans le cerveau permet de capter des signaux plus importants et plus spécifiques que les technologies actuelles.

« Il existe des interfaces qui peuvent être implantées directement dans le cerveau mais, pour diverses raisons, elles ne durent que quelques mois ou quelques années », a déclaré Elissa Welle, récemment diplômée du département de génie biomédical de l’université de Montréal. « Chaque fois que vous ouvrez le crâne pour une procédure impliquant le cerveau, c’est un gros problème ».

Le silicium est le plus utilisé dans les implants cérébraux actuels en raison de sa capacité à conduire l’électricité et de son utilisation historique dans la technologie des salles blanches. Mais le corps humain considère le silicium comme une substance étrangère, ce qui signifie qu’il entraînera la formation de tissu cicatriciel sur de longues périodes. Il finira par se dégrader et ne captera plus les signaux du cerveau, ce qui nécessitera son retrait.

Elles peuvent fonctionner pendant des années

La fibre de carbone pourrait être la solution pour obtenir des signaux de haute qualité avec une interface qui dure des années, et non des mois. Le carbone est l’un des éléments-clés du corps, présent dans les molécules organiques comme les protéines, les glucides et les graisses.

En découpant au laser et en affûtant les fibres de carbone pour en faire de minuscules électrodes subcellulaires en laboratoire, à l’aide d’un petit chalumeau, les ingénieurs ont exploité le potentiel d’une excellente capture des signaux sous une forme que le corps est plus susceptible d’accepter.

Des travaux antérieurs de l’équipe ont démontré la capacité des électrodes à capter les signaux du cerveau d’un rat. Dans une autre étude antérieure, les électrodes en fibre de carbone ont surpassé de façon spectaculaire les électrodes en silicium classiques, 34 % de ces électrodes enregistraient un signal des neurones contre 3 %.

La découpe au laser a ensuite amélioré ce chiffre, qui est passé à 71 % neuf semaines après l’implantation. L’affûtage à la flamme a maintenant permis d’implanter ces sondes à haute performance directement dans le cortex cérébral, éliminant ainsi la nécessité d’une aide à l’insertion temporaire, ainsi que dans le nerf vague cervical des rats.

Elles ont un grand potentiel

Ces résultats montrent que le potentiel de ces électrodes va au-delà de la manipulation des prothèses, selon Cindy Chestek, professeure associée de génie biomédical à l’U-M,

« Une personne paralysée peut ne pas avoir le contrôle de certaines choses, comme sa vessie », explique Mme Chestek. « Nous pourrions être en mesure d’utiliser ces petites électrodes pour stimuler et enregistrer des signaux provenant de zones qui ne peuvent pas être atteintes par de plus grandes électrodes, peut-être le cou ou la moelle épinière, pour aider à donner aux patients un certain niveau de contrôle. »

Cette recherche a été publiée dans IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering.

Source : University of Michigan
Crédit photo : StockPhotoSecrets