Les cyborgs ne sont plus de la science-fiction. Le domaine des interfaces cerveau-machine (IMC) – qui utilisent des électrodes, souvent implanté dans le cerveau, traduire les informations neuronales en commandes capables de contrôler des systèmes externes tels qu'un ordinateur ou un bras robotique – existent depuis un certain temps. L'entreprise de l'entrepreneur Elon Musk, Neuralink, vise à tester leurs systèmes d'IMC sur un patient humain d'ici la fin de 2020.

À long terme, Les appareils IMC peuvent aider à surveiller et à traiter les symptômes de troubles neurologiques et à contrôler les membres artificiels. Mais ils pourraient également fournir un modèle pour concevoir l'intelligence artificielle et même permettre une communication directe de cerveau à cerveau. Cependant, pour le moment, le principal défi est de développer des IMC qui évitent d'endommager les tissus et les cellules du cerveau pendant l'implantation et l'opération.

Les IMC existent depuis plus d'une décennie, aider les personnes qui ont perdu la capacité de contrôler leurs membres, par exemple. Cependant, les implants conventionnels, souvent en silicium, sont de plusieurs ordres de grandeur plus rigides que le tissu cérébral réel, ce qui conduit à des enregistrements instables et à des dommages aux tissus cérébraux environnants.

Ils peuvent également conduire à une réponse immunitaire dans laquelle le cerveau rejette l'implant. C'est parce que notre cerveau humain est comme une forteresse gardée, et le système neuro-immun - comme des soldats dans cette forteresse fermée - protégera les neurones (cellules du cerveau) des intrus, comme les agents pathogènes ou l'IMC.

Appareils flexibles

Pour éviter les dommages et les réponses immunitaires, les chercheurs se concentrent de plus en plus sur le développement d'un « IMC flexible ». Ceux-ci sont beaucoup plus mous que les implants en silicone et similaires au tissu cérébral réel.

Par exemple, Neuralink a conçu ses premiers "fils" flexibles et son inséreuse - minuscules, sondes filiformes, qui sont beaucoup plus flexibles que les implants précédents - pour relier un cerveau humain directement à un ordinateur. Ceux-ci ont été conçus pour minimiser le risque que la réponse immunitaire du cerveau rejette les électrodes après l'insertion pendant la chirurgie cérébrale.

Pendant ce temps, des chercheurs du groupe Lieber de l'Université Harvard ont récemment conçu une mini sonde à mailles qui ressemble tellement à de vrais neurones que le cerveau ne peut pas identifier les imposteurs. Cette électronique bio-inspirée se compose d'électrodes en platine et de fils d'or ultra-fins encapsulés par un polymère avec une taille et une flexibilité similaires aux corps cellulaires des neurones et aux fibres nerveuses neurales.

La recherche sur les rongeurs a montré que de telles sondes de type neurone ne déclenchent pas de réponse immunitaire lorsqu'elles sont insérées dans le cerveau. Ils sont capables de surveiller à la fois la fonction et la migration des neurones.

Se déplacer dans les cellules

La plupart des IMC utilisés aujourd'hui captent les signaux électriques du cerveau qui sont divulgués à l'extérieur des neurones. Si nous considérons le signal neuronal comme un son généré à l'intérieur d'une pièce, la façon actuelle d'enregistrer est donc d'écouter le son à l'extérieur de la pièce. Malheureusement, l'intensité du signal est fortement réduite par l'effet filtrant de la paroi, les membranes des neurones.

Pour obtenir les lectures fonctionnelles les plus précises afin de créer un meilleur contrôle des membres artificiels, par exemple, les appareils d'enregistrement électroniques doivent avoir un accès direct à l'intérieur des neurones. La méthode conventionnelle la plus utilisée pour cet enregistrement intracellulaire est le "patch clamp électrode" :un tube de verre creux rempli d'une solution d'électrolyte et une électrode d'enregistrement mis en contact avec la membrane d'une cellule isolée. Mais une pointe d'un micromètre de large provoque des dommages irréversibles aux cellules. Quoi de plus, il ne peut enregistrer que quelques cellules à la fois.

Pour résoudre ces problèmes, nous avons récemment développé un réseau de transistors à nanofils 3-D en épingle à cheveux et l'avons utilisé pour lire les activités électriques intracellulaires de plusieurs neurones. Surtout, nous avons pu le faire sans aucun dommage cellulaire identifiable. Nos nanofils sont extrêmement fins et flexibles, et facilement pliés en forme d'épingle à cheveux - les transistors ne mesurent que 15x15x50 nanomètres. Si un neurone avait la taille d'une pièce, ces transistors auraient à peu près la taille d'une serrure de porte.

Enduit d'une substance qui imite la sensation d'une membrane cellulaire, ces ultra petits, souple, les sondes à nanofils peuvent traverser les membranes cellulaires avec un minimum d'effort. Et ils peuvent enregistrer le bavardage intracellulaire avec le même niveau de précision que leur plus grand concurrent :les électrodes patch-clamp.

Il est clair que ces avancées sont des étapes importantes vers des IMC précis et sûrs qui seront nécessaires si nous voulons un jour réaliser des tâches complexes telles que la communication de cerveau à cerveau.

Cela peut sembler un peu effrayant mais, finalement, si nos professionnels de la santé doivent continuer à mieux comprendre notre corps et nous aider à traiter les maladies et à vivre plus longtemps, il est important que nous continuions à repousser les limites de la science moderne pour leur donner les meilleurs outils possibles pour faire leur travail. Pour que cela soit possible, une intersection minimalement invasive entre les humains et les machines est inévitable.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.