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Nanofils intracrâniens : la base des interfaces cerveau-ordinateur implantées – High-teK.ca

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Un coup de poing KO fait tourner la tête si rapidement que le cerveau, à l’intérieur de son sanctuaire fluide rembourré, ne peut pas suivre. Le cerveau est comprimé contre le crâne, cisaille les petits vaisseaux sanguins et le monde du boxeur s’effondre autour de lui. La promesse des interfaces cerveau-ordinateur, ou BCI, dépend des électrodes intracrâniennes qui pénètrent à travers le cortex ou dans des structures plus profondes. Si les électrodes placées dans le cerveau ne peuvent pas se plier avec lui lorsqu’il se déplace, elles finiront par le brouiller comme une fourchette prise sur un jaune d’œuf. Même en l’absence d’un coup de grâce, les électrodes feraient des ravages considérables alors que votre cerveau rétrécit et se dilate normalement en fonction de l’état nutritif ou hydrique de votre corps. Une composante du mal de tête de la gueule de bois résulte du fait que le cerveau est, en fait, rétréci par la déshydratation.

Des chercheurs de l’Université du Michigan ont maintenant créé une électrode à microfil flexible (MTE) qui ne mesure que 7 micromètres de diamètre et peut être pliée en un cercle complet d’un diamètre de quelques centaines de microns seulement. Il se compose d’un noyau en fibre de carbone électrofilé avec un revêtement diélectrique à couche mince qui est non réactif à l’intérieur du corps. L’électrofilage est de plus en plus utilisé pour créer des structures finement contrôlées à des échelles microscopiques. Cela peut être assimilé à une forme d’impression 3D dans laquelle le matériau extrudé reçoit une charge et est « tiré » sur une cible mobile de charge opposée pour construire la structure résultante couche par couche.

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MicrofiletageLes MTE ont été comparés aux électrodes de silicium traditionnelles et se sont révélés beaucoup moins attrayants pour les sentinelles du système immunitaire (cellules microgliales) qui patrouillent dans le cerveau à la recherche d’intrus. Des échantillons prélevés à partir de tests effectués avec des électrodes de silicium ont montré la présence de ces cellules microgliales et une rareté de neurones près de l’électrode, un mauvais pronostic pour les humains souhaitant que les implants durent peut-être 70 ans. Les MTE n’ont pas montré ce schéma et des enregistrements stables ont été obtenus pendant toute la durée de l’étude.

Cette étude cadre parfaitement avec d’autres études utilisant également des microfibres polymères électrofilées pour s’interfacer avec le cerveau. Alors que les électrodes peuvent être simplement insérées dans le tissu cérébral existant, dans de nombreux cas, il serait souhaitable de pouvoir persuader les neurones de se développer dans les implants eux-mêmes. Les neurones qui s’étendent sur une distance significative dans le cerveau sont généralement isolés avec de la myéline. La myéline est composée de cellules qui enveloppent des membranes lipidiques grasses jusqu’à 50 couches d’épaisseur autour de l’axone du neurone.

Des chercheurs de l’UCSF en Californie ont construit des échafaudages plus fins que les cheveux humains et ont induit la formation de myéline autour de ces échafaudages en culture. Ils ont également déterminé l’échafaudage de taille optimale pour ce faire. Les chercheurs ont initialement utilisé du polystyrène, mais d’autres études ont fait de même avec le polymère dégradable, le poly-L-lactide. Ce polymère est utilisé pour fabriquer d’autres types de stents et de sutures biodégradables, et a une longue histoire de succès en tant que matériau d’implant. Si les neurones peuvent ensuite être guidés dans ces tubes guides de myéline personnalisés, des interfaces cerveau-ordinateur à plus grande échelle pourraient devenir plus réalisables. Au fur et à mesure que les technologies d’implant deviennent plus conviviales, nous commencerons à voir les BCI et les BMI (interfaces cerveau-machine) migrer de curiosités externes ressemblant à des jouets vers des composants internes essentiels de la machine post-humaine.

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Documents de recherche: doi:10.1038/nmeth.2105 – « Un système de culture pour étudier les processus de myélinisation des oligodendrocytes à l’aide de nanofibres modifiées » & doi:10.1038/nmat3468 – « Microélectrodes composites implantables ultra-petites avec des surfaces bioactives pour les interfaces neurales chroniques »

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