Un implant de vision à l’échelle nanométrique promet un nouvel espoir pour la cécité

Résumé: Les chercheurs ont développé un nouvel implant visuel, doté d’électrodes aussi petites qu’un seul neurone. Cette technologie avancée, conçue pour s’interfacer directement avec le cortex visuel, pourrait améliorer considérablement la perception visuelle des personnes aveugles.

En utilisant un mélange unique de matériaux non corrosifs, l’implant reste stable et fonctionnel dans le corps pendant de longues périodes. L’étude marque une étape importante vers une restauration de la vision plus détaillée et plus durable.

Faits marquants:

1. Électrodes ultra-petites : Les électrodes de l’implant ont la taille d’un seul neurone, permettant une résolution plus élevée de stimulation électrique des zones visuelles du cerveau.
2. Innovation matérielle : L’implant utilise un polymère conducteur qui prévient la corrosion, garantissant longévité et fonctionnalité dans l’environnement humide du corps humain.
3. Résultats précliniques prometteurs : Les premiers tests effectués sur des souris ont montré que l’implant peut stimuler efficacement la perception visuelle avec un courant minimal et maintenir sa fonctionnalité tout au long de la vie de l’animal.

Source: Université de technologie Chalmers

Un groupe de chercheurs de l’Université de technologie Chalmers en Suède, de l’Université de Fribourg et de l’Institut néerlandais des neurosciences ont créé un implant exceptionnellement petit, avec des électrodes de la taille d’un seul neurone qui peuvent également rester intactes dans le corps au fil du temps – une combinaison unique cela est prometteur pour les futurs implants visuels pour les aveugles.

Souvent, lorsqu’une personne est aveugle, une partie ou une partie de l’œil est endommagée, mais le cortex visuel du cerveau fonctionne toujours et attend une intervention. Lorsqu’on envisage la stimulation cérébrale pour restaurer la vue, des milliers d’électrodes doivent être insérées dans un implant pour générer suffisamment d’informations pour une image.

En envoyant des impulsions électriques via un implant au cortex visuel du cerveau, une image peut être créée et chaque électrode représenterait un pixel.

« Cette image ne serait pas le monde tel qu’une personne ayant une vision complète serait capable de le voir. L’image créée par les impulsions électriques serait comme le tableau matriciel sur une autoroute, un espace sombre et quelques points qui s’éclaireraient en fonction des informations qui vous sont fournies.

Plus il y aura d’électrodes qui l’alimenteront, meilleure sera l’image », explique Maria Asplund, qui a dirigé la partie développement technologique du projet et est professeur de bioélectronique à l’Université de technologie Chalmers en Suède.

L’implant visuel créé dans cette étude peut être décrit comme un « fil » comportant de nombreuses électrodes placées les unes après les autres. À long terme, il faudrait plusieurs fils avec des milliers d’électrodes connectées à chacun, et les résultats de cette étude constituent une étape clé vers un tel implant.

L’avenir des implants visuels

Un implant électrique pour améliorer la vision chez les personnes aveugles n’est pas un concept nouveau. Cependant, la technologie des implants actuellement explorée chez les patients humains date des années 1990 et plusieurs facteurs doivent être améliorés, par exemple la taille volumineuse, les cicatrices dans le cerveau dues à leur grande taille, les matériaux se corrodent avec le temps et les matériaux sont trop fragiles. rigide.

En créant une très petite électrode de la taille d’un seul neurone, les chercheurs ont la possibilité d’installer de nombreuses électrodes sur un seul implant et de créer une image plus détaillée pour l’utilisateur. Le mélange unique de matériaux flexibles et non corrosifs en fait une solution à long terme pour les implants visuels.

« La miniaturisation des composants des implants visuels est essentielle. En particulier les électrodes, car elles doivent être suffisamment petites pour pouvoir transmettre la stimulation à un grand nombre de points dans les « zones visuelles du cerveau ».

La principale question de recherche de l’équipe était la suivante : « pouvons-nous installer autant d’électrodes sur un implant avec les matériaux dont nous disposons et le rendre suffisamment petit et également efficace ? » et la réponse de cette étude était – oui », déclare le professeur Asplund.

Plus la taille est petite, plus la corrosion est grave

Créer un implant électrique à si petite échelle comporte ses défis, en particulier dans un environnement difficile, tel que le corps humain. L’obstacle majeur n’est pas de rendre les électrodes petites, mais de faire en sorte que ces petites électrodes durent longtemps dans un environnement humide et humide.

La corrosion des métaux dans les implants chirurgicaux est un énorme problème, et comme le métal est la partie fonctionnelle, ainsi que la partie corrodante, la quantité de métal est essentielle. L’implant électrique créé par Asplund et son équipe mesure 40 micromètres de large et 10 micromètres d’épaisseur, comme un cheveu fourchu, les parties métalliques n’ayant que quelques centaines de nanomètres d’épaisseur..

Et comme il y a si peu de métal dans la minuscule électrode de vision, elle ne peut pas du tout se « permettre » de se corroder, sinon elle cesserait de fonctionner.

Dans le passé, ce problème n’a pas pu être résolu. Mais maintenant, l’équipe de recherche a créé un mélange unique de matériaux superposés qui ne se corrodent pas. Cela comprend un polymère conducteur pour transduire la stimulation électrique nécessaire au fonctionnement de l’implant en réponses électriques dans les neurones.

Le polymère forme une couche protectrice sur le métal et rend l’électrode beaucoup plus résistante à la corrosion, essentiellement une couche protectrice de plastique recouvrant le métal.

« La combinaison polymère-métal conductrice que nous avons mise en œuvre est révolutionnaire pour les implants visuels car elle signifierait qu’ils pourraient, espérons-le, rester fonctionnels pendant toute la durée de vie de l’implant.

« Nous savons maintenant qu’il est possible de fabriquer des électrodes aussi petites qu’un neurone (cellule nerveuse) et de maintenir cette électrode en état de fonctionner efficacement dans le cerveau sur de très longues périodes, ce qui est prometteur puisque cela manquait jusqu’à présent.

« La prochaine étape consistera à créer un implant capable d’avoir des connexions pour des milliers d’électrodes », explique Asplund, un projet actuellement exploré au sein d’une équipe plus large du projet européen en cours Neuraviper.

En savoir plus : la méthode d’étude

La méthode a été mise en œuvre par des collaborateurs de recherche de l’Institut néerlandais des neurosciences, où des souris ont été entraînées à répondre à une impulsion électrique envoyée au cortex visuel du cerveau.

L’étude a montré que non seulement les souris pouvaient apprendre à réagir à la stimulation appliquée via les électrodes en quelques séances seulement, mais que le seuil de courant minimal pour lequel les souris rapportaient une perception était inférieur à celui des implants métalliques standard.

L’équipe de recherche a en outre rapporté que la fonctionnalité de l’implant est restée stable au fil du temps, pour une souris, même jusqu’à la fin de sa durée de vie naturelle.

À propos de cette actualité de la recherche en neurotechnologies et neurosciences visuelles

Auteur: Emma Frire
Source: Université de technologie Chalmers
Contact: Emma Fry – Université de technologie Chalmers
Image: L’image est créditée à Neuroscience News

Recherche originale : Accès libre.
« Électrodes en polymère flexibles pour une perception visuelle prothétique stable chez la souris» de Maria Asplund et al. Matériaux de santé avancés

Abstrait

Électrodes en polymère flexibles pour une perception visuelle prothétique stable chez la souris

Les interfaces cérébrales capables de stimuler les neurones, de causer des dommages minimes et de fonctionner longtemps seront au cœur des futures neuroprothèses.

Ici, la performance à long terme de tiges fines et très flexibles en polyimide avec plusieurs petites électrodes (<15 µm) lors de la microstimulation électrique du cortex visuel est rapportée.

Les électrodes présentent une stabilité remarquable lorsque plusieurs milliards d’impulsions électriques sont appliquées in vitro.

Lorsque les dispositifs sont implantés dans le cortex visuel primaire (zone V1) de souris et que les animaux sont entraînés à détecter la microstimulation électrique, on constate que les seuils de perception sont de 2 à 20 microampères (µA), ce qui est bien inférieur aux courants maximaux qui les électrodes peuvent résister.

La fonctionnalité à long terme des appareils in vivo est excellente, avec des performances stables jusqu’à plus d’un an et peu de dommages au tissu cérébral.

Ces résultats démontrent le potentiel des fines électrodes flottantes pour la restauration à long terme des fonctions sensorielles perdues.