Le plus petit implant cérébral au monde suit les signaux neuronaux pendant un an

Une particule qui lit le cerveau

Un implant neuronal si petit qu'il peut tenir sur un grain de sel a transmis sans fil des données d'activité cérébrale de souris vivantes pendant plus d'un an – une prouesse qui pourrait remodeler la façon dont les scientifiques étudient et traitent les troubles neurologiques. L'appareil, connu sous le nom de MOTE (microscale optoelectronic tetherless electrode, soit électrode optoélectronique sans fil à micro-échelle), ne mesure que 300 microns de long et 70 microns de large. Comme l'a souligné New Atlas, on pourrait en faire tenir plus de 4,78 millions dans une cuillère à café.

Comment ça marche

Contrairement aux implants cérébraux classiques qui reposent sur des fils ou du matériel encombrant, le MOTE fonctionne entièrement à la lumière. Des faisceaux laser rouges et infrarouges traversent sans danger le tissu cérébral pour alimenter une diode semi-conductrice en arséniure de gallium et d'aluminium, qui capture simultanément l'énergie et émet des impulsions infrarouges transportant des signaux neuronaux encodés. La méthode d'encodage – la modulation de position d'impulsion – est la même technique utilisée dans les communications optiques par satellite.

« L'innovation clé est l'utilisation d'une seule diode semi-conductrice composée à la fois pour la récupération d'énergie et la transmission de données », a expliqué Alyosha Molnar, professeur de génie électrique et informatique à Cornell, qui a conçu l'idée pour la première fois en 2001. L'appareil intègre également un amplificateur à faible bruit et un encodeur optique construits à partir de la technologie standard des microprocesseurs, le tout intégré dans un volume inférieur à un nanolitre.

Une année de données propres

Les chercheurs ont implanté le MOTE dans le cortex en barillet des souris – la région du cerveau qui traite les informations sensorielles des vibrisses. Pendant douze mois, l'appareil a enregistré à la fois des pics électriques rapides provenant de neurones individuels et des schémas plus larges d'activité synaptique, le tout pendant que les animaux restaient en bonne santé et se déplaçaient librement.

Cette longévité est importante. Les électrodes et les fibres optiques traditionnelles irritent les tissus environnants, déclenchant des réponses immunitaires qui dégradent la qualité du signal au fil du temps. La miniaturisation extrême du MOTE réduit considérablement ce problème et, contrairement aux approches d'imagerie calcique, il capture des données électriques sans nécessiter de modification génétique des neurones.

Compatibilité IRM et au-delà

L'avantage le plus significatif sur le plan clinique est peut-être la compatibilité potentielle avec les scanners IRM de l'implant. Les implants métalliques actuels déforment les images de résonance magnétique et peuvent présenter des risques pour la sécurité à l'intérieur des appareils IRM. Les matériaux semi-conducteurs du MOTE pourraient permettre l'enregistrement électrique simultané du cerveau et la numérisation IRM – une combinaison qui est, selon le Cornell Chronicle, « largement impossible avec les implants actuels. »

L'équipe de recherche, co-dirigée par Sunwoo Lee de l'Université technologique de Nanyang – qui a développé la technologie en tant que chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Molnar – envisage des applications futures au-delà du cerveau. Des versions adaptées pourraient surveiller l'activité de la moelle épinière, s'intégrer à des plaques crâniennes artificielles équipées d'opto-électronique ou aider à développer des thérapies pour la dépression, la démence et la maladie de Parkinson.

Une nouvelle échelle pour les neurosciences

Les résultats, publiés dans Nature Electronics, arrivent à un moment charnière pour les interfaces cerveau-ordinateur. Des entreprises comme Neuralink font progresser les implants neuronaux commerciaux, mais ces appareils restent beaucoup plus grands et nécessitent l'insertion chirurgicale de réseaux d'électrodes. Le MOTE suggère une voie radicalement différente : des capteurs à l'échelle invisible qui causent une perturbation minimale et pourraient éventuellement être déployés en grand nombre dans tout le cerveau.

Le financement des National Institutes of Health a soutenu la recherche, la fabrication étant réalisée au Cornell NanoScale Facility. Bien que les essais sur l'homme restent lointains, la technologie démontre que l'avenir de la surveillance cérébrale pourrait ne pas nécessiter des appareils plus grands – mais simplement des appareils plus intelligents et plus petits.