L’enregistrement de l’activité de grandes populations de neurones individuels dans le cerveau sur de longues périodes est crucial pour améliorer notre compréhension des circuits neuronaux, permettant ainsi de nouvelles thérapies basées sur des dispositifs médicaux et, à l’avenir, pour les interfaces cerveau-ordinateur nécessitant une haute résolution. permettre des informations électrophysiologiques.
Cependant, il existe aujourd’hui un compromis entre la quantité d’informations haute résolution qu’un dispositif implanté peut mesurer et la durée de l’enregistrement ou de la stimulation. Les implants rigides en silicone dotés de nombreux capteurs peuvent collecter de nombreuses informations mais ne peuvent pas rester longtemps dans le corps. Les appareils flexibles et plus petits sont moins intrusifs et peuvent rester plus longtemps dans le cerveau, mais ne fournissent qu’une fraction des informations neuronales disponibles.
Récemment, une équipe interdisciplinaire de chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), en collaboration avec l’Université du Texas à Austin, le MIT et Axoft, Inc., a développé un dispositif implantable souple doté de dizaines de capteurs. qui surveillent l’activité de neurones individuels dans le cerveau peuvent enregistrer de manière stable pendant des mois.
La recherche a été publiée dans Nanotechnologie naturelle.
“Nous avons développé des interfaces cerveau-électronique avec une résolution unicellulaire qui sont plus biologiquement compatibles que les matériaux traditionnels”, a déclaré Paul Le Floch, premier auteur de l’article et ancien étudiant diplômé du laboratoire de Jia Liu, professeur adjoint de bio-ingénierie à LES MERS. “Ce travail a le potentiel de révolutionner la conception de la bioélectronique pour l’enregistrement et la stimulation neuronale ainsi que les interfaces cerveau-ordinateur.”
Le Floch est actuellement PDG d’Axoft, Inc, une société fondée en 2021 par Le Floch, Liu et Tianyang Ye, ancien étudiant diplômé et boursier postdoctoral du Park Group à Harvard. Le Harvard Office of Technology Development a protégé la propriété intellectuelle associée à cette recherche et a concédé la technologie sous licence à Axoft pour un développement ultérieur.
Pour surmonter le compromis entre le débit de données haute résolution et la durabilité, les chercheurs se sont tournés vers un groupe de matériaux appelés élastomères fluorés. Les matériaux fluorés tels que le téflon sont résistants, stables dans les biofluides, présentent d’excellentes performances diélectriques à long terme et sont compatibles avec les techniques de microfabrication standard.
Les chercheurs ont intégré ces élastomères diélectriques fluorés à des piles de microélectrodes souples (64 capteurs au total) pour développer une sonde longue durée 10 000 fois plus douce que les sondes flexibles traditionnelles fabriquées à partir de plastiques techniques tels que le polyimide ou le parylène C.
L’équipe a fait la démonstration de l’appareil in vivoLes informations neuronales provenant du cerveau et de la moelle épinière de souris ont été enregistrées sur plusieurs mois.
“Notre recherche montre qu’en concevant soigneusement divers facteurs, il est possible de développer de nouveaux élastomères pour des interfaces neuronales stables à long terme”, a déclaré Liu, l’auteur correspondant de l’article. “Cette étude pourrait élargir la gamme de possibilités de conception pour les interfaces neuronales.”
L’équipe de recherche interdisciplinaire comprenait également les professeurs SEAS Katia Bertoldi, Boris Kozinsky et Zhigang Suo.
“La conception de nouvelles sondes et interfaces neuronales est un problème très interdisciplinaire qui nécessite une expertise en biologie, en génie électrique, en science des matériaux, en génie mécanique et en génie chimique”, a déclaré Le Floch.
La recherche a été co-écrite par Siyuan Zhao, Ren Liu, Nicola Molinari, Eder Medina, Hao Shen, Zheliang Wang, Junsoo Kim, Hao Sheng, Sebastian Partarrieu, Wenbo Wang, Chanan Sessler, Guogao Zhang, Hyunsu Park, Xian Gong et Andrew. Spencer, Jongha Lee, Tianyang Ye, Xin Tang, Xiao Wang et Nanshu Lu.
Le travail a été soutenu par la National Science Foundation grâce à la subvention n° DMR-2011754 du Centre de recherche et d’ingénierie sur les matériaux de l’Université Harvard.