Un implant cérébral ultra-mince surveille les crises

Un nouvel implant ultrafin et ultraflexible chargé de capteurs peut enregistrer l'orage électrique qui éclate dans le cerveau lors d'une crise avec une résolution près de 50 fois supérieure à ce qui était possible auparavant. Le niveau de détail pourrait révolutionner le traitement de l'épilepsie en permettant des procédures moins invasives pour détecter et traiter les crises. Cela pourrait également conduire à une compréhension plus approfondie de la fonction cérébrale et aboutir à des interfaces cerveau-ordinateur d'une capacité sans précédent.

Carte du cerveau : Un réseau ultrafin d'électrodes, illustré en haut en cours d'insertion dans le cerveau d'un chat, permet une acquisition de données bien plus importante que jamais auparavant. Au fond, le réseau d'électrodes est si flexible qu'il peut se replier autour des objets les plus minces, permettant une insertion facile et une bonne couverture des surfaces inégales.

Pour les patients épileptiques qui ne répondent pas aux médicaments, les neurologues essaieront souvent de cartographier l'origine cérébrale de la crise afin que cette région puisse être enlevée chirurgicalement. Le médecin prélève une section du crâne et place un réseau de capteurs volumineux à la surface du cortex frontal du patient.

Ces dispositifs cliniques n'ont pas beaucoup changé depuis les années 50 ou 60, dit Brian Litt , spécialiste de l'épilepsie et bio-ingénieur à l'Université de Pennsylvanie et l'un des scientifiques qui ont dirigé la nouvelle recherche. Étant donné que l'appareil doit accueillir des fils pour chaque électrode, il n'a d'espace que pour moins de 100 électrodes et donne une image de mauvaise résolution de l'activité électrique. C'est comme essayer de comprendre ce qui se passe dans une foule à Manhattan avec un seul microphone suspendu à un hélicoptère, dit Litt.

La technologie actuelle s'est arrêtée à un réseau de capteurs avec environ huit capteurs par centimètre carré ; la nouvelle baie—construite en collaboration avec John Rogers , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, peut installer 360 capteurs dans le même espace. Pour créer un petit appareil si densément rempli de capteurs, Rogers a intégré de l'électronique et des transistors au silicium dans le réseau lui-même, réduisant considérablement la quantité de câblage.

Cela ressemble plus à un ensemble de 360 ​​microphones, abaissés plus près de la surface et enregistrés à partir de régions beaucoup plus petites : quelques personnes au coin de la rue, quelques-unes près de la boîte aux lettres, dit Litt. Cette nouvelle technique pourrait être la clé pour comprendre les réseaux fonctionnels dans le cerveau, et pourrait même être la clé pour traiter et potentiellement guérir certaines maladies.

Dans leur premier test de l'appareil, sur un chat épileptique, Litt, Rogers et un étudiant diplômé Jonathan Viventi (maintenant professeur adjoint étudiant la neuro-ingénierie translationnelle à l'Université de New York), a vu quelque chose de frappant : une tempête d'activité qui ressemblait à une onde en spirale auto-propageante. Le motif, uniquement apparent avec un enregistrement incroyablement haute résolution, est remarquablement similaire à celui observé dans le muscle cardiaque au cours d'une maladie potentiellement mortelle appelée fibrillation ventriculaire.

Plutôt que de grandes sections du cerveau responsables des crises, ce que Litt dit a traditionnellement été pensé pour se produire, il semble plutôt provenir de plusieurs grappes de très petites zones, ou microdomaines, dans le cortex. La recherche a été publiée en ligne la semaine dernière dans Neurosciences de la nature .

Hors de contrôle: Une crise d'épilepsie chez un chat, telle que mesurée par le nouvel implant à électrodes denses, montre une onde spirale d'activité électrique jamais vue auparavant.

C'est absolument formidable. J'ai été étonné par la réalisation technique et les résultats très solides et importants, dit Gerwin Schalk , chercheur en interface cerveau-ordinateur au Wadsworth Center à Albany, New York. Schalk n'a pas été impliqué dans la recherche. Il sera d'une valeur inestimable pour les neurosciences fondamentales et pour la recherche translationnelle. Schalk note que si la technologie fait ses preuves chez l'homme, elle pourrait ouvrir des opportunités substantielles pour tout, des diagnostics aux dispositifs d'interface cerveau-ordinateur.

L'appareil pourrait également permettre des tests et des traitements moins invasifs. Plutôt que d'ouvrir une grande partie du crâne pour placer un dispositif de surveillance, dit Litt, le nouvel implant pourrait permettre aux chirurgiens de percer juste un petit trou à travers lequel glisser le réseau de capteurs mince et enroulé, et le dérouler sur la surface du cerveau une fois à l'intérieur. Et au lieu de supprimer des zones du cerveau de la taille d'une balle de golf, il pourrait être possible de simplement supprimer les microdomaines et de laisser le reste du cortex intact.

La version actuelle de l'appareil est d'un centimètre carré ; pour un usage humain, les chercheurs doivent l'étendre à environ huit centimètres carrés. Une startup appelée MC10 travaillera à le rendre plus grand et prêt pour la production.

Litt et Rogers travaillent actuellement à la création d'un implant avec des stimulateurs intégrés à côté des capteurs. S'ils peuvent construire un appareil qui non seulement détecte le début d'une crise mais qui peut tout aussi rapidement fournir une stimulation électrique pour l'annuler, la recherche pourrait avoir un grand impact clinique. Ce n'est pas qu'un outil de recherche. Il a un mode d'utilisation clairement défini dans le cadre clinique, dit Rogers. Il s'agit d'une pièce d'électronique biointégrée qui est inégalée dans sa fonctionnalité, et la preuve est dans le pudding.

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