Les ingénieurs inventent une interface cerveau-ordinateur avancée avec des microneedles

Les chercheurs en génie à l’Université de Californie – San Diego ont inventé une interface cerveau-ordinateur (BCI) avancée composée d’un support flexible et malléable, ainsi que de microneedles pénétrantes. Le support flexible permet à la BCI de se conformer plus uniformément à la surface courbe complexe du cerveau. Il permet également à la BCI de distribuer de manière plus uniforme les microneedles qui pénètrent le cortex.

Microneedles et support flexible

Ces microneedles sont 10 fois plus fines que les cheveux humains et sortent du support flexible. Elles pénètrent ensuite la surface du tissu cérébral sans percer les veines de surface. Les microneedles sont capables d’enregistrer des signaux provenant de cellules nerveuses dans le cortex.

Le nouveau système a été testé sur des rongeurs, et la recherche a été publiée dans la revue Advanced Functional Materials.

L’équipe était dirigée par le professeur de génie électrique Shadi Dayeh à l’université. Elle comprenait également des chercheurs de l’Université de Boston dirigés par la professeure de génie biomédical Anna Devor.

Le système a démontré des performances équivalentes à celles de la norme actuelle pour les BCI avec des aiguilles pénétrantes. Appelée « Utah Array », cette norme a été montrée pour aider les personnes ayant des lésions de la moelle épinière et les victimes d’accidents vasculaires cérébraux. Ils peuvent utiliser leurs pensées pour contrôler des membres robotiques et d’autres appareils.

La flexibilité et la conformabilité de la nouvelle BCI aident à établir un contact plus étroit entre le cerveau et les électrodes, permettant un enregistrement plus précis et plus uniforme des signaux d’activité cérébrale. La manière dont la BCI est construite permet des surfaces de détection plus grandes, ce qui aide à surveiller une plus grande surface de la surface cérébrale simultanément.

Dans les expériences, le tableau de microneedles pénétrantes composé de 1 024 microneedles a pu enregistrer avec succès des signaux déclenchés par des stimuli précis provenant des cerveaux de rats. Cela signifie qu’il couvre dix fois la surface du cerveau par rapport aux technologies actuelles.

Les BCI à dos souple sont également plus minces et plus légères que les traditionnelles, qui utilisent des supports en verre. Les nouveaux types de supports pourraient réduire l’irritation du tissu cérébral qui entre en contact avec le tableau de capteurs.

Les supports flexibles sont également transparents, ce que les chercheurs disent pouvoir être utilisé pour effectuer des recherches fondamentales en neurosciences impliquant des modèles animaux qui seraient autrement impossibles.

Mains robotiques avec rétroaction tactile

Les chercheurs disent que des tableaux de microneedles pénétrantes avec une grande couverture spatiale seront nécessaires pour améliorer les BCI à l’avenir et les rendre utilisables dans des « systèmes en boucle fermée ». Cela pourrait aider les personnes ayant une mobilité sévèrement limitée et pourrait permettre une rétroaction tactile pour quelqu’un utilisant une main robotique.

Des capteurs tactiles sur la main robotique pourraient détecter la texture, la dureté et le poids d’un objet. Ils enregistreraient des informations qui pourraient être traduites en modèles de stimulation électrique qui voyagent à travers des fils à l’extérieur du corps jusqu’à la BCI. Le cerveau recevrait des informations directement à partir de ces signaux électriques sur l’objet, et la personne pourrait alors ajuster sa prise en fonction des informations détectées.

Le laboratoire Dayeh a déjà inventé divers capteurs tactiques qui pourraient être utilisés pour ces applications.