Le graphène : pour une meilleure interface cerveau-ordinateur
Un nouvel implant à base de graphène peut enregistrer l’activité électrique dans le cerveau à des fréquences extrêmement basses et sur de grandes surfaces, libérant ainsi la richesse des informations trouvées en dessous de 0,1 Hz. Cette technologie, qui sera présentée au Graphene Pavilionat Mobile World Congress à Barcelone les 25 et 28 février 2019, a été développée par des partenaires phares du Graphene Flagship de la microélectronique de Barcelone (IMB-CNM, CSIC), l’Institut catalan de nanoscience de la nanotechnologie et l’ICFO.
Une interface fait de graphène pour lire l’activité cérébrale
Le corpus de connaissances sur le cerveau humain ne cesse de croître, mais de nombreuses questions restent sans réponse. Les chercheurs utilisent des réseaux d’électrodes pour enregistrer l’activité électrique du cerveau depuis des décennies, cartographiant l’activité dans différentes régions du cerveau pour comprendre à quoi cela ressemble quand tout fonctionne.
Jusqu’à présent ces matrices n’avaient détecté que les activités dépassant un certain seuil de fréquence. Une nouvelle technologie développée par le Graphene Flagship permet de surmonter cette limitation technique en libérant la richesse des informations trouvées en dessous de 0,1 Hz, tout en ouvrant la voie à de futures interfaces cerveau-ordinateur.
Ce nouveau dispositif a été mis au point grâce à la collaboration de trois partenaires phares du Graphene Flagship (IMB-CNM, ICN2 et ICFO) et a été adapté pour les enregistrements du cerveau en collaboration avec des experts biomédicaux de l’IDIBAPS. Cette nouvelle technologie s’éloigne des électrodes et utilise une architecture innovante à base de transistors qui amplifie les signaux du cerveau in situ avant de les transmettre à un récepteur.
L’utilisation de graphène pour construire cette nouvelle architecture signifie que l’implant résultant peut supporter beaucoup plus de sites d’enregistrement qu’un réseau d’électrodes standard. Il est mince et suffisamment souple pour être utilisé sur de grandes surfaces du cortex cérébral sans être rejeté ni interférer avec les fonctions cérébrales normales.
Une cartographie de l’activité cérébrale à basse fréquence
Le résultat est une cartographie sans précédent de l’activité cérébrale à basse fréquence, connue pour porter des informations cruciales sur différents événements, tels que l’apparition et la progression des crises d’épilepsie et des accidents vasculaires cérébraux.
Pour les neurologues, cela signifie qu’ils ont enfin accès à certains indices que notre cerveau chuchote. Cette technologie révolutionnaire pourrait changer notre façon d’enregistrer et de visualiser l’activité électrique du cerveau. Les applications futures donneront un aperçu sans précédent du lieu et du début et de la fin des crises d’épilepsie, permettant ainsi de nouvelles approches en matière de diagnostic et de traitement de cette maladie.
« Au-delà de l’épilepsie, cette cartographie précise et cette interaction avec le cerveau ont d’autres applications intéressantes », explique José Antonio Garrido, l’un des responsables de l’étude au sein de l’ICN2, partenaire du Graphene Flagship. « Contrairement aux électrodes passives standard, notre technologie de transistors à base de graphène renforcera la mise en œuvre de nouvelles stratégies de multiplexage pouvant augmenter considérablement le nombre de sites d’enregistrement dans le cerveau, menant au développement d’une nouvelle génération d’interfaces cerveau-ordinateur. »
« Tirant parti du «multiplexage», cette technologie utilisant le graphène peut également être adaptée par certains chercheurs pour restaurer la communication dans des zones spécifiques du cerveau. L’ICN2 a sécurisé cette technologie grâce à un brevet qui protège l’utilisation de transistors à base de graphène pour mesurer les signaux neuronaux à basse fréquence.
Des fréquences neurologiques inexplorées
« Ce travail est un excellent exemple de la manière dont une technologie de matrice de transistors flexible à base de graphène peut offrir des capacités allant au-delà de ce qui est réalisable aujourd’hui et ouvre d’énormes possibilités de lecture à des fréquences d’activité neurologique inexplorées », a déclaré Kostas Kostarelos, leader en santé à la division de médecine et des capteurs du Graphene Flagship.
Andrea C. Ferrari, responsable de la science et de la technologie chez Graphene Flagship et président de son comité de direction, a ajouté que « le graphène et les matériaux connexes offrent des opportunités majeures pour les applications biomédicales. Cette initiative a été reconnue en finançant un programme de travail dédié. Ces études démontrent clairement que le graphène peut apporter des progrès sans précédent à l’étude des processus cérébraux. »
Cette nouvelle technologie constituera l’une des principales attractions du pavillon Graphene Flagship lors du prochain congrès Mobile World à Barcelone (25-28 février 2019). L’exposition présentera les dernières innovations en matière de graphène et de matériaux associés rendus possibles par le Graphene Flagship, l’une des plus grandes initiatives de recherche jamais financées par la Commission européenne.
Pour les dispositifs portables et l’internet des objets
Au-delà des applications dans les dispositifs médicaux, le pavillon exposera de nouveaux prototypes de technologies basées sur le graphène pour les communications mobiles et de données, des dispositifs portables et l’internet des objets. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans Nature Materials.
Source : Graphene Flagship
Crédit photo : Pixabay