Et si le prochain gadget pour envoyer des messages à vos amis n'était pas une montre attachée à votre poignet ou un téléphone en peluche dans votre poche, mais un appareil électronique intégré à votre cerveau? Maintenant, un nouveau type de circuit flexible nous a rapprochés de cet avenir de science-fiction. Implantée par injection, une grille de fils de seulement quelques millimètres de diamètre peut s’insinuer avec des neurones vivants et une oreille espionne sur leurs conversations, offrant ainsi un moyen pour l’électronique de se connecter à l’activité cérébrale.
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«Nous essayons de brouiller la distinction entre circuits électroniques et circuits neuronaux», a déclaré Charles Lieber, nanotechnologiste à l'Université Harvard et co-auteur d'une étude décrivant le dispositif cette semaine dans Nature Nanotechnology.
Jusqu'à présent, la technologie n'a été testée que dans les têtes de souris vivantes. Mais Lieber espère pouvoir le connecter aux humains. Fidelity Biosciences, une société de capital-risque intéressée par de nouvelles méthodes de traitement des troubles neurodégénératifs tels que la maladie de Parkinson, fait partie de ses collaborateurs. L'armée a également manifesté son intérêt en apportant son soutien dans le cadre du programme Cyborgcell de l'US Air Force, qui met l'accent sur l'électronique à petite échelle pour «l'amélioration des performances» des cellules.
L'électronique neuronale est déjà une réalité pour certaines personnes. Les personnes souffrant de tremblements violents ou de spasmes musculaires incontrôlables peuvent trouver un soulagement par le biais de décharges électriques, délivrées par de longs fils enfoncés profondément dans le cerveau. Et les tétraplégiques ont appris à contrôler les prothèses au moyen de puces intégrées dans le cerveau ou d'électrodes posées à la surface du cerveau.
Mais ces technologies ne peuvent être utilisées que dans des cas graves car elles nécessitent des procédures invasives. «Les appareils antérieurs reposaient sur de grandes incisions et des interventions chirurgicales», explique Dae-Hyeong Kim, nanotechnologiste à l'Université nationale de Séoul en Corée du Sud.
La nouvelle approche se distingue par la souplesse exceptionnelle du circuit. Fabriqué à partir de brins de métal et de plastique tissés comme un filet de pêche, le circuit est «cent mille fois plus flexible que les autres appareils électroniques implantables», explique Lieber. Le filet peut être enroulé de sorte qu'il puisse facilement passer à travers une aiguille de seringue. Une fois à l'intérieur du corps, le réseau se déploie de lui-même et s'incruste dans le cerveau.
Les autopsies de souris injectées ont révélé que les fils s'étaient tissés dans le tissu enchevêtré de neurones au cours des semaines. Des liens étroits formés de plastique et de matière cérébrale ont été tissés ensemble, avec apparemment un impact négatif minime Cette compatibilité est peut-être due au fait que le réseau a été calqué sur des échafaudages tridimensionnels utilisés par les ingénieurs biomédicaux pour faire croître des tissus en dehors du corps.
Une image au microscope 3D montre le maillage injecté dans une région du cerveau appelée ventricule latéral. (Groupe de recherche Lieber, Université de Harvard) Les activités des neurones pourraient être surveillées à l'aide de capteurs microscopiques câblés dans le circuit. Les détecteurs de tension détectaient les courants générés par les cellules individuelles du cerveau. Ces signaux électriques étaient relayés par un fil sortant de la tête vers un ordinateur.
«Cela pourrait contribuer à créer une interface cerveau pour les consommateurs», explique Jacob Robinson, qui développe des technologies en interface avec le cerveau à la Rice University. "Brancher votre ordinateur sur votre cerveau devient beaucoup plus acceptable si tout ce que vous avez à faire est d'injecter quelque chose."
Pour les neuroscientifiques intéressés par la façon dont les cellules cérébrales communiquent, cet outil sensible offre un accès à des parties du système nerveux difficiles à étudier avec les technologies traditionnelles. Il y a trois mois, par exemple, un collègue de Lieber a injecté une partie de ses filets dans les yeux de souris, à proximité de cellules nerveuses qui recueillent des informations visuelles de la rétine. Explorer ces cellules nécessite généralement de couper une partie de l'œil. Les signaux recueillis par les moustiquaires injectées sont restés puissants jusqu'à présent et les souris restent en bonne santé.
Pour être utile aux humains, cependant, l'équipe de Lieber devra prouver que les filets ont une longévité encore plus grande. L'électronique neuronale précédente a souffert de problèmes de stabilité; ils ont tendance à perdre le signal avec le temps, à mesure que les cellules proches des intrus rigides meurent ou migrent. Mais l’équipe est optimiste sur le fait que le maillage de Lieber se révélera plus respectueux du cerveau, car les cellules qui le rencontrent jusqu’à présent semblent se blottir et se creuser dans ses lacunes.
Écouter l'activité cérébrale n'est peut-être qu'un début - comme dans le cas des circuits quotidiens, différents composants peuvent être ajoutés pour différentes tâches. Dans une autre expérience, l'équipe de Lieber a injecté des circuits équipés de capteurs de pression dans des trous situés dans un polymère mou. Lors du pressage du polymère, les capteurs ont mesuré les variations de pression à l'intérieur des cavités. Cela pourrait être utile pour enquêter sur les changements de pression à l'intérieur du crâne, tels que ceux qui se produisent après une blessure à la tête traumatique.
Plus tard dans la chaîne, le réseau peut être doté de dispositifs de rétroaction qui délivrent une stimulation électrique ou libèrent des paquets de médicaments destinés à un traitement médical. Ajoutez quelques antennes RFID microscopiques et le circuit pourrait fonctionner sans fil. Et les fans de science-fiction devraient saliver à l'idée d'installer des périphériques de stockage, semblables à la RAM des ordinateurs, pour améliorer leurs propres mémoires.
«Nous devons marcher avant de pouvoir courir, mais nous pensons pouvoir vraiment révolutionner notre capacité d'interface avec le cerveau», explique Lieber.
