Adieu les grosses sondes neuronales | EurekAlert! Actualités scientifiques

Aperçu:

Une équipe de recherche du Département de génie de l’information électrique et électronique, du Département d’informatique et d’ingénierie, du Département de chimie appliquée et des sciences de la vie, et de l’Institut de recherche interdisciplinaire inspiré de l’électronique (EIIRIS) de l’Université de technologie de Toyohashi et de l’Institut national de Technology, Ibaraki College, a développé un 2. L’appareil STACK a permis l’enregistrement de l’activité neuronale du cerveau de la souris in vivo, avec un rapport signal / bruit (SNR) élevé. En raison du grand avantage de la géométrie de la petite aiguille par rapport aux électrodes conventionnelles, le dispositif STACK offre une biocompatibilité élevée et des dommages aux tissus minimisés pendant l’enregistrement, ainsi que d’autres enregistrements chroniques à long terme et sûrs, vers la prochaine génération de technologie d’électrodes en électrophysiologie .

Des détails:

Une équipe de recherche du Département de génie de l’information électrique et électronique, du Département d’informatique et d’ingénierie, du Département de chimie appliquée et des sciences de la vie, et de l’Institut de recherche interdisciplinaire inspiré de l’électronique (EIIRIS) de l’Université de technologie de Toyohashi et de l’Institut national de Technology, Ibaraki College, a développé un 2. L’appareil STACK a permis l’enregistrement de l’activité neuronale du cerveau d’une souris in vivo, avec un rapport signal / bruit (SNR) élevé. En raison de l’avantage significatif de la géométrie de la petite aiguille par rapport aux électrodes conventionnelles, le dispositif STACK offre une biocompatibilité élevée et des dommages aux tissus minimisés pendant l’enregistrement, ainsi que d’autres enregistrements chroniques à long terme et sûrs, vers la prochaine génération de technologie d’électrodes en électrophysiologie.

Les dispositifs d’électrode à micro-aiguille ont été utilisés comme un moyen puissant de comprendre le fonctionnement du cerveau, apportant ainsi des contributions significatives. Cependant, la géométrie de l’aiguille doit être encore miniaturisée en termes de biocompatibilité et d’application chronique pour éviter des lésions tissulaires: i) Une géométrie d’environ 50 μm améliore la rupture de la barrière hémato-encéphalique; ii)> 20 μm provoque une distribution de la communication locale entre glies; et iii)

L’équipe de recherche a surmonté ces limitations en utilisant une technique d’assemblage, dans laquelle un module avec un

«Pour améliorer les propriétés électriques de notre électrode à aiguille en silicium à l’échelle microscopique avec un diamètre inférieur à 10 μm, nous avions proposé un processus de dépôt supplémentaire de matériau à faible impédance sur la pointe de l’aiguille, et démontré les enregistrements neuronaux de rats avec un 7 μm -diamètre et de souris avec une aiguille de 5 μm de diamètre. Cependant, le processus de dépôt améliore la taille de l’aiguille, limitant la miniaturisation de l’aiguille. Pour relever ce défi, nous avons utilisé une approche différente, dans laquelle un petit amplificateur (source suiveur) était intégré à l’extrémité d’une petite électrode à aiguille. Clairement, nous avons confirmé l’effet d’amplification dans l’enregistrement neuronal, car des signaux neuronaux ont été détectés avec l’amplificateur, mais aucun signal n’a été détecté sans. Ce résultat nous conduit à une miniaturisation supplémentaire de l’aiguille », explique le premier auteur de l’article, l’étudiant en master Yuto Kita.

Contexte de développement:

Le chef de l’équipe de recherche, le professeur agrégé Takeshi Kawano, a déclaré: «Avant ce concept d’appareil, nous avons d’abord essayé une autre méthode de fabrication dans laquelle l’électrode à aiguille en silicium était intégrée à l’amplificateur sur le même substrat en silicium. ne fonctionne pas bien en raison du décalage de processus entre l’aiguille de silicium fabriquée avec une croissance de silicium à haute température (croissance vapeur-liquide-solide) sur le substrat de (1 × 1) -silicium et le MOSFET sur (100) -silicium. La technologie rapportée dans ce manuscrit est apparue pour la première fois lors de notre réunion de groupe hebdomadaire, où j’en ai discuté avec des étudiants et des membres postdoctorants. Immédiatement après, nous avons nommé la technologie de l’appareil «STACK», qui est devenue notre code de projet pour la poursuivre.

Perspectives futures:

Il a poursuivi: «Bien que nous ayons démontré la technologie de l’appareil en utilisant une électrode à un seul canal, le nombre d’électrodes peut être augmenté en utilisant la même technologie. Étant donné que l’encastrement de l’amplificateur atteint environ 500 fois moins d’impédance d’électrode (> 5 MΩ à 1 kHz), l’aiguille la géométrie peut être encore miniaturisée, probablement à l’échelle nanométrique, ce qui ouvrira une nouvelle classe d’électrophysiologie.  » L’équipe de recherche a également souligné un autre problème de dispositif du substrat épais (> 1 mm); L’équipe a exploré le processus de fabrication pour rendre le substrat de l’appareil mince et flexible, afin de minimiser davantage les dommages tissulaires pour des enregistrements neuronaux sûrs et à long terme.

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Organisme de financement:

Ce travail a été soutenu par JSPS KAKENHI (Grant Numbers 17H03250, 26709024 et 20H00244) et le programme Strategic Advancement of Multi-Purpose Ultra-Human Robot and Artificial Intelligence Technologies de NEDO. RN a été soutenu par Takeda Science Foundation. KK a été soutenu par les chercheurs du Toyota Physical & Chemical Research Institute et JSPS KAKENHI (Grant Number 15H05917).

Référence:

Yuto Kita, Shuhei Tsuruhara, Hiroshi Kubo, Hirohito Sawahata, Shota Yamagiwa, Koji Yamashita, Shinnosuke Idogawa, Yu Seikoba, Xian Long Angela Leong, Rika Numano, Kowa Koida et Takeshi Kawano (2021). « Electrode aiguille de trois micromètres de diamètre avec un amplificateur pour extracellulaire in vivo enregistrements,  » Actes de l’Académie nationale des sciences, 10.1073 / pnas.2008233118.

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