Un dispositif d’électrode pop-up pourrait aider à la cartographie 3D du cerveau

Comprendre l’interface neurale dans le cerveau est essentiel pour comprendre le vieillissement, l’apprentissage, la progression de la maladie et plus encore. Cependant, les méthodes existantes pour étudier les neurones dans le cerveau des animaux afin de mieux comprendre le cerveau humain comportent toutes des limites, allant d’être trop invasives à ne pas détecter suffisamment d’informations. Un dispositif d’électrodes pop-up nouvellement développé pourrait recueillir des informations plus détaillées sur les neurones individuels et leurs interactions les uns avec les autres tout en limitant le potentiel de lésions des tissus cérébraux.

Les chercheurs, codirigés par Huanyu « Larry » Cheng, James L. Henderson, Jr. Memorial Associate Professor of Engineering Science and Mechanics au College of Engineering, ont publié leurs résultats dans npj Électronique Flexible.

« C’est un défi de comprendre la connectivité entre le grand nombre de cellules neuronales dans le cerveau », a déclaré Cheng. « Dans le passé, les gens développaient un appareil placé directement sur le cortex pour détecter les informations sur la couche de surface, ce qui est moins invasif. Mais sans insérer l’appareil dans le cerveau, il est difficile de détecter les informations intercorticales. »

En réponse à cette limitation, les chercheurs ont développé des électrodes à sonde qui sont insérées dans le cerveau. Le problème avec cette méthode est qu’il n’est pas possible d’obtenir une disposition en 3D des neurones et du cerveau sans faire plusieurs sondes, qui sont difficiles à placer sur une surface flexible et seraient trop dommageables pour le tissu cérébral.

« Pour résoudre ce problème, nous utilisons la conception contextuelle », a déclaré Cheng. « Nous pouvons fabriquer les électrodes du capteur avec une résolution et des performances comparables à la fabrication existante. Mais en même temps, nous pouvons les faire apparaître dans la géométrie 3D avant qu’elles ne soient insérées dans le cerveau. Elles sont similaires aux livres pop-up pour enfants. : Vous avez la forme plate, puis vous appliquez la force de compression. Cela transforme le 2D en 3D. Cela fournit un appareil 3D avec des performances comparables au 2D. »

Les chercheurs ont déclaré qu’en plus de la conception unique qui apparaît en trois dimensions après avoir été inséré dans le cerveau, leur appareil utilise également une combinaison de matériaux qui n’avaient pas été utilisés de cette manière particulière auparavant. Plus précisément, ils ont utilisé du polyéthylène glycol, un matériau qui a été utilisé auparavant, comme revêtement biocompatible pour créer de la rigidité, ce qui n’est pas un objectif pour lequel il a été utilisé auparavant.

« Pour insérer l’appareil dans le cerveau, il doit être rigide, mais une fois que l’appareil est dans le cerveau, il doit être flexible », a déclaré l’auteur co-correspondant Ki Jun Yu de l’Université Yonsei en République de Corée. « Nous avons donc utilisé un revêtement biodégradable qui fournit une couche externe rigide sur l’appareil. Une fois l’appareil dans le cerveau, ce revêtement rigide se dissout, restaurant la flexibilité initiale. En combinant la structure matérielle et la géométrie de cet appareil, nous allons être en mesure d’obtenir des informations du cerveau pour étudier la connectivité des neurones 3D. »

Les prochaines étapes de la recherche consistent à itérer sur la conception pour la rendre bénéfique non seulement pour acquérir une meilleure compréhension du cerveau, mais également pour les chirurgies et les traitements des maladies.

« En plus des études sur les animaux, certaines applications de l’utilisation de l’appareil pourraient être des opérations ou des traitements pour des maladies où vous n’aurez peut-être pas besoin de sortir l’appareil, mais vous voudrez certainement vous assurer que l’appareil est biocompatible sur une longue période de temps. « , a déclaré Cheng. « Il est avantageux de concevoir la structure aussi petite, douce et poreuse que possible afin que le tissu cérébral puisse pénétrer et pouvoir utiliser l’appareil comme un échafaudage pour grandir en plus de cela, conduisant à une bien meilleure récupération. Nous aimerait également utiliser un matériau biodégradable qui peut être dissous après utilisation. »

Les autres contributeurs sont : Ju Young Lee, Sang Hoon Park, Yujin Kim, Young Uk Cho, Jaejin Park, Jung-Hoon Hong, Kyubeen Kim, Jongwoon Shin, Jeong Eun Ju, In Sik Min et Mingyu Sang de l’Université Yonsei en République. de Corée; Hyogeun Shin, Ui-Jin Jeong, Aizhan Zhumbayeva, Kyung Yeun Kim, Eun-Bin Hong, Min-Ho Nam, Hojeong Jeon et Youngmee Jung de l’Institut coréen des sciences et technologies en République de Corée ; Il-Joo Cho de l’Université de Corée en République de Corée ; et Yuyan Gao et Bowen Li du Département des sciences de l’ingénieur et de la mécanique de Penn State.

La Nation Research Foundation de Corée et les National Institutes of Health ont financé cette recherche.

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