À l’intérieur de Neurograins, une nouvelle technologie pour enregistrer les impulsions cérébrales


Un groupe de chercheurs de l’Université Brown, de l’Université de Californie, de San Diego (UCSD) et de Qualcomm a récemment développé un système d’interface cerveau-ordinateur (BCI) appelé « Neurograins » qui peut détecter l’activité électrique dans le cerveau et transmettre les données sans fil. Il enregistre et stimule l’activité cérébrale à l’aide d’un réseau coordonné de capteurs neuronaux indépendants et sans fil à l’échelle microscopique. Cette petite puce a presque la taille d’un grain de sel.

Les BCI sont des gadgets d’assistance qui permettent aux patients atteints de lésions cérébrales ou vertébrales de se déplacer et de communiquer. Ces systèmes capturent des impulsions électriques dans le cerveau et utilisent ces signaux pour contrôler des appareils externes tels que des ordinateurs ou des prothèses robotiques.

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Ces dernières années, plusieurs chercheurs ont expérimenté des BCI pour aider les personnes ayant des troubles de la parole à utiliser des écrans tactiles, des claviers ou des appareils vocaux pour communiquer. Cependant, ils ne sont pas d’une grande aide pour les personnes paralysées.

En juillet de cette année, Facebook a mis un terme à la recherche invasive sur le BCI. La société a déclaré qu’elle n’avait aucun intérêt à développer des produits nécessitant des électrodes implantées. Au lieu de cela, il se concentre sur la technologie portable pour analyser les signaux cérébraux, en particulier les appareils au poignet alimentés par électromyographie. L’électromyographie, ou EMG, est généralement utilisée pour mesurer divers effets de la simulation sur les régions motrices du cerveau.

Il y a deux mois, les chercheurs de l’Université de Californie à San Francisco (UCSF) ont utilisé l’intelligence artificielle (IA) pour donner à un homme paralysé la capacité de communiquer en traduisant ses signaux cérébraux en écriture générée par ordinateur. Pour suivre ses signaux cérébraux, les chercheurs ont utilisé un appareil neuroprothétique composé d’électrodes positionnées sur le côté gauche du cerveau, capable de traiter la parole.

Pourquoi Neurograins ?

À l’heure actuelle, la plupart des systèmes BCI utilisent un ou deux capteurs pour échantillonner jusqu’à quelques centaines de neurones, mais les neuroscientifiques et les chercheurs étudient maintenant la création de systèmes capables de collecter des données à partir d’un groupe beaucoup plus important de cellules cérébrales. Dans la dernière étude, les chercheurs ont démontré l’utilisation de 48 Neurograins autonomes pour enregistrer l’activité neuronale chez un rongeur, qui ont réussi à capturer des signaux neuronaux distinctifs associés à l’activité cérébrale spontanée dans diverses régions.

Les capteurs et stimulateurs électrophysiologiques multicanaux sont généralement basés sur des « réseaux de microélectrodes monolithiques ». Cependant, l’architecture de ces réseaux entrave la flexibilité dans le placement des électrodes et rend difficile la mise à l’échelle d’un grand nombre de nœuds, en particulier dans des emplacements non contigus.

Ces micropuces électroniques alimentées en réseau et sans fil, alias Neurograins, peuvent effectuer de manière autonome la détection neuronale et la microstimulation électrique. Ces minuscules capteurs ont une liaison transcutanée électromagnétique d’environ 1 GHz avec un concentrateur/réseau de télécommunications externe, offrant une communication et un contrôle bidirectionnels au niveau de l’appareil.

De plus, les calculs théoriques et les mesures expérimentales montrent que la configuration de la liaison pourrait potentiellement être étendue jusqu’à 770 Neurograins en utilisant un protocole d’accès multiple à répartition temporelle personnalisé.


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Voici comment ils ont fait

Initialement, les chercheurs ont compressé l’électronique complexe utilisée pour détecter, amplifier et transmettre les impulsions neurales dans de petites puces Neurograin en silicium. Ensuite, pour faire fonctionner les puces, l’équipe a développé et simulé les circuits sur un ordinateur avant de passer par de nombreux cycles de fabrication.

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Le deuxième défi consistait à développer un centre de communication éternel du corps qui reçoit les messages de ces minuscules puces. Les patchs ont ensuite été attachés au cuir chevelu en dehors de la compétence et ont à peu près la taille d’une empreinte de pouce. Chaque patch fonctionne indépendamment de la même manière qu’une tour de téléphonie cellulaire miniature, utilisant un protocole réseau pour coordonner les signaux des Neurograins. De plus, le patch fournit une alimentation sans fil aux Neurograins, conçus pour fonctionner avec très peu d’électricité.

Jihun Lee, chercheur postdoctoral à Brown, a déclaré que le travail était un véritable défi multidisciplinaire. Ils ont dû réunir une expertise en neurosciences, en communication par radiofréquence, en électromagnétisme et en conception de circuits pour concevoir et exploiter Neurograins.

Pour l’étude, les chercheurs ont examiné la capacité des appareils à stimuler et à enregistrer à partir du cerveau. Pendant la simulation, de petites impulsions électriques sont utilisées pour déclencher/activer l’activité cérébrale. L’équipe pense que la stimulation, contrôlée par le même hub qui contrôle l’enregistrement neuronal, restaurera un jour la fonction cérébrale perdue en raison d’une blessure ou d’une maladie.

Selon les chercheurs, les dernières découvertes représentent une étape positive vers une technologie qui pourrait permettre l’enregistrement sans précédent des impulsions cérébrales, conduisant à de nouvelles informations sur le fonctionnement du cerveau et à de nouveaux traitements pour les personnes souffrant de lésions cérébrales ou vertébrales.


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Amit Raja Naik

Amit Raja Naik



Amit Raja Naik est rédacteur en chef chez Analytics India Magazine, où il plonge profondément dans les dernières innovations technologiques. Il est également bassiste professionnel.



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