15/11/2012 - Une nouvelle électrode de fibre de carbone peut ouvrir les portes de l'activité neuronale

Menéame

Une nouvelle électrode, développée dans la Université du Michigan, flexible et dix fois plus petit que son concurrent plus proche, pourrait finalement rendre les mesures à long terme de l’activité neurale.

Ce type de technologie pourrait éventuellement être utilisé pour l’envoi de signaux aux membres prothétiques en évitant l’inflammation causée par les électrodes plus grandes et qui endommagent à la fois le cerveau et les électrodes elles-mêmes.

Le principal problème que les neurones ont avec les électrodes est "mauvais voisins." En outre, Sa taille est bien supérieure à celle des neurones., les électrodes sont trop rigides et ont tendance à endommager les cellules proches dans les frictions. Les cellules d’immunité résident détectent l’intrus et l’attaquent en provoquant une inflammation du tissu cérébral et en bloquant la communication entre l’électrode et les cellules.

Fibre de carbone

 La nouvelle électrode développée par les équipes du professeur d’ingénierie biomédicale Daryl Kipke, le professeur d’ingénierie chimique, Joerg Lahann, y Nicholas Kotov, qui est le titulaire de la chaire Joseph B. et fleurence V. Cejka d’ingénierie, est plus compatible avec votre environnement que les éventuels implants existants à ce jour.

L’électrode est un microfilm de fibre de carbone très conductif, recouvert de plastique pour bloquer les signaux d’autres neurones. Il dispose d’une sorte de coussin de gelée conductive à son extrémité s’adapte aux membranes molles des cellules et cette connexion étroite signifie que les signaux des cellules du cerveau sont perçus plus clairement.

"C’est un grand pas en avant," dit Kotov. "L’électrode a un diamètre d’environ sept microns, c’est 0,007 millimètre, et son concurrent le plus proche mesure de 25 à 100 microns."

Cette gélatine d’électrode, a la capacité de communiquer de la même manière que les cellules. Les impulsions électriques Voyagent dans le cerveau par des mouvements d’ions, ou des atomes avec des charges électriques, et les signaux se déplacent à travers la gélatine de la même manière. De l’autre côté, la fibre de carbone répond aux ions en déplaçant des électrons qui traduisent efficacement le signal du cerveau dans le langage des engins électroniques.

Essai chez le rat

L’équipe de Kipke a implanté ces électrodes dans les cerveaux de rats, et la communication était parfaite. Par les dimensions de l’électrode, il est possible de le concentrer sur un seul neurone, en recevant correctement et en communiquant les signaux électriques à travers la fibre.

En plus de capter les signaux spécifiques d’un neurone qui peuvent être envoyés aux prothèses, ce système d’écoute de neurones individuellement pourrait déchiffrer beaucoup des grands mystères du cerveau.

“Comment les neurones communiquent-ils entre eux ? Quelles sont les voies pour le traitement de l’information dans le cerveau? Ce sont les questions qui pourraient être posées à l’avenir par ce type de technique," a déclaré Kotov.

 " Étant donné que ces engins sont si petits, nous pouvons les combiner avec les techniques optiques émergentes pour observer visuellement ce que font les cellules dans le cerveau pendant que leurs signaux électriques sont entendus," a déclaré Takashi Kozai, qui a dirigé le projet en tant qu’étudiant dans le laboratoire de Kipke et a depuis obtenu son doctorat. "Cela révélera de nouvelles connaissances sur le fonctionnement du cerveau au niveau cellulaire et en réseau."

Kipke a souligné que l’électrode testée n’est pas encore prête pour des essais cliniques, mais il montre que les efforts pour réduire les électrodes à la taille des cellules cérébrales est possible.

"Les résultats indiquent clairement que la création d’ensembles d’électrodes est possible dans ces dimensions aussi petites qu’une voie viable pour la fabrication d’engins plus durables," a-t-il ajouté.

Un avenir prometteur

Afin d’écouter un neurone pendant une longue période, ou pour aider les gens à contrôler une prothèse comme ils le font avec un membre naturel, les électrodes doivent être en mesure de survivre plusieurs années dans le cerveau sans causer de dommages significatifs. Avec seulement six semaines d’essais, l’équipe n’a pas pu affirmer avec certitude comment les électrodes fonctionneront à long terme, mais les résultats ont été prometteurs.

"Nous avons généralement vu un sommet de la réponse d’immunité dans environ deux semaines, puis un apaiser vers la troisième semaine, alors qu’au cours de la sixième semaine, il s’était stabilisé," a déclaré Kotov. "Cette stabilisation est l’observation importante."

Les neurones et le système d’immunité des rats ont été habitués aux électrodes et cela indique que les envahisseurs électroniques pourraient rester dans le cerveau pendant longtemps.

Bien que nous ne soyons pas bientôt sur le marché bras bioniques ou costumes de style de l’Homme de Fer, Kipke a exprimé son optimisme en ce sens que les artefacts prothétiques pourraient commencer à se lier avec le cerveau dans une décennie environ.

Auteurs et références

Daryl Kipke, qui est le directeur du Centre pour la technologie de communication Neural, est professeur d’ingénierie biomédicale.

Kotov, est le titulaire de la chaire Joseph B. et Florence V. Cejka d’ingénierie, et est professeur d’ingénierie biomédicale, d’ingénierie chimique, de science et d’ingénierie des biomatériaux, et de science et ingénierie macromoléculaire.

Lahann Il est directeur de l’Institut de Bionterfaces et professeur d’ingénierie chimique, de science et d’ingénierie des matériaux, d’ingénierie biomédicale, et de science et ingénierie macromoléculaire.

Les résultats de ce projet de recherche ont été publiés sous le titre "Ultra-small implantable microelectrodes with bioactive surfaces for chronic neural interfaces" dans la dernière édition du magazine Nature Materials.

Ce travail a été financé par l’Institut national de la santé et le Centre pour la technologie de communication Neural.

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Contact (anglais):

Kate McAlpine: kmca@umich.edu

Téléphone: (734) 763-4386

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