Par Walter Beckwith, Association américaine pour l’avancement des sciences (AAAS)
22 juillet 2023
Sonde micro-endovasculaire (MEV) implantée sélectivement dans une branche courbée pour l’enregistrement neuronal à travers la paroi du vaisseau sanguin. La sonde MEV (jaune), conçue pour s’insérer dans les vaisseaux sanguins ramifiés (par opposition aux vaisseaux droits), est injectée sélectivement dans le vaisseau ramifié par un flux de solution saline à travers le microcathéter (cyan) dans lequel elle a été préchargée. Crédit : Anqi Zhang, Université de Stanford
Une nouvelle étude présente un implant neuronal électronique peu invasif et ultra-flexible, délivré par des vaisseaux sanguins, qui enregistre l’activité d’un neurone unique dans des régions du cerveau profond, offrant des avancées prometteuses pour les interfaces cerveau-machine et les thérapies neuronales personnalisées.
Sommaire
Introduction aux implants neuronaux ultra-petits
Un implant neuronal électronique révolutionnaire, ultra-petit et ultra-flexible, a été mis au point pour enregistrer l’activité d’un seul neurone au plus profond du cerveau des rats, comme le montre une nouvelle étude.
« Cette technologie pourrait permettre de créer des interfaces bioélectroniques à long terme et peu invasives avec des régions du cerveau profond, écrit Brian Timko dans une perspective connexe.
Les interfaces cerveau-machine et leurs limites
Les interfaces cerveau-machine (ICM) facilitent la communication électrique directe entre le cerveau et les systèmes électroniques externes. Ces dispositifs permettent à l’activité cérébrale de contrôler directement des objets tels que des prothèses, ou de moduler la fonction nerveuse ou musculaire, aidant ainsi les personnes atteintes de paralysie ou de troubles neurologiques à retrouver leurs fonctions.
Cependant, la majorité des IMC conventionnels ne peuvent mesurer l’activité neuronale qu’à la surface du cerveau. Pour enregistrer l’activité d’un seul neurone dans les régions plus profondes du cerveau, il est souvent nécessaire d’effectuer une intervention chirurgicale intracrânienne invasive pour implanter les sondes. Ces procédures peuvent entraîner des complications, notamment des infections, des inflammations et des lésions des tissus cérébraux.
Sondes micro-endovasculaires : Une approche moins invasive
L’utilisation du réseau vasculaire du cerveau est une alternative à l’implantation chirurgicale invasive de biosondes dans les régions cérébrales profondes. Dans cette étude, Anqi Zhang et ses collègues présentent des sondes micro-endovasculaires (MEV) ultra-flexibles qui peuvent être introduites avec précision dans les régions cérébrales profondes par l’intermédiaire des vaisseaux sanguins. L’équipe a conçu un dispositif d’enregistrement électronique ultra-petit, flexible et en forme de filet qui peut être placé sur un microcathéter flexible et implanté dans les vaisseaux sanguins de moins de 100 microns à l’intérieur du cerveau.
Test et validation des sondes MEV
Lors de sa mise en place, ce dispositif se dilate comme un stent pour enregistrer les signaux neuronaux à travers la paroi vasculaire sans endommager le cerveau ou son système vasculaire. Pour évaluer le potentiel de la sonde MEV in vivo, les chercheurs ont implanté cette sonde injectable dans le système vasculaire du cerveau de rats. Ils ont démontré sa capacité à mesurer les potentiels de champ locaux et l’activité d’un seul neurone dans le cortex et le bulbe olfactif. En outre, les chercheurs ont constaté que les dispositifs implantés présentaient une stabilité à long terme, qu’ils ne modifiaient pas de manière significative le flux sanguin cérébral ou le comportement des rats et qu’ils ne déclenchaient qu’une réponse immunitaire minime.
Implications et développements futurs
Brian Timko souligne que les futures versions de ces appareils pourraient fournir des thérapies personnalisées aux patients en enregistrant et en décodant leur activité neuronale et en fournissant ensuite les stimuli modulateurs appropriés.
Référence : « Ultraflexible endovascular probes for brain recording through micrometer-scale vasculature » par Anqi Zhang, Emiri T. Mandeville, Lijun Xu, Creed M. Stary, Eng H. Lo et Charles M. Lieber, 20 juillet 2023, Science.
DOI : 10.1126/science.adh3916