Comment nos cellules cérébrales, ou des neurones, utiliser des signaux électriques pour communiquer et coordonner pour une fonction cérébrale plus élevée est l'une des plus grandes questions de toute la science.

Depuis des décennies, les chercheurs ont utilisé des électrodes pour écouter et enregistrer ces signaux. L'électrode patch clamp, une électrode dans un tube de verre mince, a révolutionné la neurobiologie dans les années 1970 avec sa capacité à pénétrer un neurone et à enregistrer des signaux synaptiques silencieux mais révélateurs de l'intérieur de la cellule. Mais cet outil n'a pas la capacité d'enregistrer un réseau neuronal; il ne peut mesurer qu'environ 10 cellules en parallèle.

Maintenant, des chercheurs de l'Université Harvard ont développé une puce électronique capable d'effectuer un enregistrement intracellulaire à haute sensibilité à partir de milliers de neurones connectés simultanément. Cette percée leur a permis de cartographier la connectivité synaptique à un niveau sans précédent, identifier des centaines de connexions synaptiques.

"Notre combinaison de sensibilité et de parallélisme peut bénéficier à la fois à la neurobiologie fondamentale et appliquée, y compris la construction fonctionnelle du connectome et le criblage électrophysiologique à haut débit, " dit Hongkun Park, Mark Hyman Jr. Professeur de chimie et professeur de physique, et co-auteur principal de l'article.

"La cartographie du réseau synaptique biologique permise par cette parallélisation longtemps recherchée de l'enregistrement intracellulaire peut également fournir une nouvelle stratégie pour l'intelligence artificielle pour construire un réseau de neurones artificiels et des processeurs neuromorphiques de nouvelle génération, " dit Donhee Ham, Gordon McKay Professeur de physique appliquée et de génie électrique à la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), et co-auteur principal de l'article.

La recherche est décrite dans Nature Génie Biomédical .

Les chercheurs ont développé la puce électronique en utilisant la même technologie de fabrication que les microprocesseurs informatiques. La puce comporte un réseau dense d'électrodes nanométriques verticales à sa surface, qui sont exploités par le circuit intégré de haute précision sous-jacent. Enduit de poudre de platine, chaque nanoélectrode a une texture de surface rugueuse, ce qui améliore sa capacité à transmettre des signaux.