La recherche met en lumière les raisons pour lesquelles les implants cérébraux perdent leur fonctionnalité
Le micromotion des neuroélectrodes génère une contrainte de cisaillement oscillatoire du flux de fluide déterminée par le volume vide péri-électrode et la viscosité du fluide. A) Schéma de la configuration du modèle pour l’analyse FVM, y compris la sonde neuronale et le maillage. B) Le mouvement simulé de l’électrode a induit un WSS oscillatoire à la surface du tissu cérébral avec une fréquence et une amplitude constantes. C, D) Coupe histologique représentative de l'implantation d'électrodes dans le STN de rats adultes colorés pour GFAP (vert), NeuN (rouge) et DAPI (bleu) (barre d'échelle = 100 µm), le cercle blanc en pointillé symbolise la position de l'électrode et diamètre (100 µm) montrant l’espace péri-électrode créé autour de la sonde. L'ampleur du WSS diminue à mesure que la distance entre l'électrode et le tissu cérébral augmente en raison de l'expansion de l'espace péri-électrode et de la diminution de la viscosité du fluide dans l'espace péri-électrode. Crédit: Science avancée (2023). DOI : 10.1002/advs.202301352
Les chercheurs ont expliqué pourquoi les implants cérébraux sont difficiles à concevoir et perdent souvent leur fonctionnalité une fois chirurgicalement placés dans le tissu cérébral.
Les résultats d'une nouvelle étude, publiée dans Sciences avancées, ont révélé comment les cellules du cerveau détectent les mouvements continus provoqués par les fonctions corporelles quotidiennes, comme la respiration ou le pouls d'un battement de cœur. Il est important de noter que si un dispositif en métal ou en plastique dur est implanté dans les tissus mous du cerveau, ces petits mouvements normaux peuvent entraîner une friction et une inflammation des tissus autour de l'implant, tuant les cellules cérébrales vitales et provoquant des cicatrices.
La recherche a été réalisée par une équipe du CÚRAM, le centre de recherche sur les dispositifs médicaux de la Science Foundation Ireland basé à l'Université de Galway.
Le chercheur principal de l'étude, le chercheur CÚRAM et professeur agrégé au Collège des sciences et de l'ingénierie de l'Université de Galway, le Dr Manus Biggs, a déclaré : « L'une des parties les plus intéressantes de notre étude est la découverte que les cellules du cerveau utilisent des capteurs pour répondre à de petites forces de friction et que même les fonctions quotidiennes les plus élémentaires peuvent conduire à de minuscules mouvements qui endommagent les cellules adjacentes à un implant cérébral.
La recherche a également exploré des approches possibles pour aider à prévenir les dommages aux tissus et, à terme, augmenter la durée de vie et le fonctionnement à long terme des dispositifs électriques implantés. Des approches anti-inflammatoires pourraient être obtenues en recouvrant les implants cérébraux de gels mous qui réduisent la friction des implants et assurent une libération lente de ces médicaments.
L’étude a également évalué comment les cellules cérébrales tentent de se protéger des frictions continues en se tenant à distance des implants cérébraux durs, créant ainsi une ampoule remplie de liquide qui empêche le contact direct d’un implant avec le tissu cérébral. Bien que cette ampoule qui apparaît autour d’un implant protège les cellules cérébrales des dommages, un inconvénient fréquent de ce processus de défense est que cette structure empêche le fonctionnement du dispositif d’enregistrement neuronal.
Dr Alex Trotier, qui a mené les principales recherches de l'étude au cúram et a obtenu un doctorat. par l'Université de Galway, a déclaré : « L'atténuation des cicatrices sur les tissus qui entourent un dispositif d'enregistrement implanté dans le cerveau est essentielle au développement des interfaces cerveau-ordinateur, des dispositifs qui permettent aux pensées d'être directement traduites en signaux numériques, signaux qui peuvent contrôler des signaux externes. ” Le tissu cicatriciel qui se développe autour d'un dispositif neuronal implanté empêche l'enregistrement des signaux cérébraux, rendant le dispositif inutile. Le changement de jeu potentiel ici réside dans le développement d'implants numériques capables de lire l'activité électrique du cerveau pendant des années à la fois. “
Le Dr Biggs a ajouté : « On espère qu'en comprenant les mécanismes de réparation cellulaire qui se produisent après l'introduction d'un implant cérébral, de nouveaux dispositifs ou médicaments pourront être développés pour empêcher le processus de cicatrisation et de formation de cloques, ouvrant ainsi la voie à l'émergence de nouveaux dispositifs ou médicaments. de dispositifs passionnants qui peuvent relier directement l'esprit aux technologies avancées. Nous pourrions voir le développement d'implants capables de permettre la transmission instantanée de pensées d'une personne à une autre au cours de la prochaine décennie.
La recherche est publiée dans la revue Science avancée.
Plus d'information:
Alexandre Trotier et al, La contrainte de cisaillement des fluides dérivée de micromotion médie la gliose péri-électrode via des canaux ioniques mécanosensibles, Science avancée (2023). DOI : 10.1002/advs.202301352
Fourni par l'Université de Galway
Citation: La recherche met en lumière les raisons pour lesquelles les implants cérébraux perdent leur fonctionnalité (14 décembre 2023) récupéré le 14 décembre 2023 sur
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