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Un implant optogénétique pour contrôler le cerveau par la lumière - Par : Hanen Hattab,

Un implant optogénétique pour contrôler le cerveau par la lumière


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

optogénétique

L’image d’en-tête a été achetée sur Istock.com et est protégée par des droits d’auteur.

L’optogénétique est un nouveau domaine de recherche dont le nom a été inventé par Nathalie Janel et Mark J. Schnitzer en 2006. Il est le fruit d’études combinées en neurologie et en optique, qui ont introduit une nouvelle méthode permettant de commander et d’étudier les activités neuronales par la lumière. Une équipe de chercheurs de l’Université d’Arizona a créé un nouvel implant optogénétique autonome beaucoup plus performant que ce qui existait auparavant.

L’optogénétique

Avant de présenter l’innovation créée au sein du Département d’ingénierie biomédicale, il est primordial d’expliquer la méthode optogénétique. Celle-ci consiste à implanter dans certains neurones des protéines d’algues, appelées opsines, qui rendent les zones hôtes sensibles à la lumière. En effet, ces protéines photosensibles transforment l’énergie lumineuse en activité électrique donc permettent d’agir sur les signaux électriques cérébraux, afin de cartographier, de stimuler et de manipuler l’activité neuronale. Les zones hôtes sont exposées à la lumière grâce à un instrument optogénétique.

Plusieurs limites surmontées

En plus d’étudier le cerveau en temps réel, la méthode proposée promet de faciliter l’avancement dans les recherches sur les maladies mentales et les pathologies neurodégénératives, comme la maladie de Parkinson. À l’origine, les recherches en optogénétique étaient effectuées à l’aide de fibres optiques implantées dans le cerveau. Les sujets étaient donc contraints de rester attachés à des appareils extérieurs. Par la suite, un système électronique sans fil a permis un certain mouvement, mais demeurait encombrant. De plus, selon Philipp Gutruf, professeur en ingénierie biomédicale et auteur principal de l’étude, ces systèmes ne permettaient pas de moduler avec précision la fréquence et l’intensité de la lumière et ne pouvaient stimuler qu’une zone du cerveau à la fois. Or ces aspects sont très importants, car ils permettent aux chercheurs de bien cibler les zones du cerveau et de limiter la chaleur générée par les ondes lumineuses afin d’éviter l’activation accidentelle de certains neurones par la chaleur.

La recherche menée par l’équipe de l’Université de l’Arizona a permis de résoudre les limites techniques des systèmes externes et implantés. L’instrument inventé est autonome et peut être intégré sous le cuir chevelu. Il permet de stimuler simultanément plusieurs zones du cerveau et de moduler l’intensité et la fréquence de la lumière émise. L’intégration de l’instrument sous la peau nécessite une intervention chirurgicale courante, comme celle réalisée pour implanter un neurostimulateur.

Neurones du cerveau

Caractéristiques techniques du nouvel instrument optogénétique

L’électricité alimentant ce type d’implant optogénétique sans fil et sans pile est produite par champ magnétique oscillant. L’équipe de recherche a notamment amélioré la réception des signaux transmis à l’instrument. Dans les modèles précédents, la force du signal dépendait de la position du cerveau, donc variait avec l’angle de la tête.  Pour résoudre ce problème, l’équipe a créé un nouveau composant muni de deux antennes. Gutruf a fait remarquer que ce nouveau système pourrait être utilisé dans la fabrication d’autres types d’implants sans pile, comme les simulateurs cardiaques, afin d’espacer leur remplacement.

Le nouvel instrument optogénétique a été testé sur des animaux. Pour vérifier les effets de la technique sur les os et les tissus, l’équipe a eu recours à deux types d’imagerie, soit la tomographie par ordinateur et l’imagerie par résonance magnétique (IRM). Cela a notamment permis d’observer l’état de l’implant. Les tests ont prouvé que l’instrument est sûr.

L’étude s’intitule « Fully implantable, optoelectronic systems for battery-free ». Elle a été publiée dans Nature Electronics le 13 décembre 2018.

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

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