La mesure de l’activité cérébrale est une technique utile pour diagnostiquer l’épilepsie et d’autres troubles neuropsychiatriques. Parmi les différentes approches adoptées, l’électroencéphalographie (EEG) est la moins invasive. Lors des enregistrements EEG, les électrodes sont généralement placées sur le cuir chevelu. Cependant, cela limite la résolution de l’EEG car les signaux électriques du cerveau sont atténués et déformés au moment où ils atteignent le cuir chevelu.

En revanche, l’électrocorticographie (ECoG) implique le placement d’électrodes neurales directement à la surface du cerveau. Étant en contact étroit avec la région d’intérêt, les électrodes ECoG permettent de meilleurs enregistrements de l’activité cérébrale. De plus, il est également possible d’y envoyer des impulsions électriques pour stimuler des groupes spécifiques de neurones dans le but de gérer les crises d’épilepsie. Cependant, les électrodes ECoG classiques présentent un inconvénient majeur. Ils ne correspondent généralement pas aux propriétés mécaniques et à la courbure du tissu cérébral, ce qui entraîne une augmentation de la pression cérébrale et d’autres effets indésirables. Bien que des électrodes neuronales souples aient été développées pour atténuer ce problème, elles manquent de durabilité et de résistance ou nécessitent des processus de fabrication complexes.

Pour résoudre ces problèmes, une équipe de recherche guidée par le professeur agrégé Toshinori Fujie de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) a développé un nouveau type d’électrode neurale flexible. Leur conception et leurs résultats, récemment publiés dans Technologies des matériaux avancéspeut révolutionner la façon dont les enregistrements ECoG et la stimulation neuronale directe sont effectués.

Le substrat de l’électrode proposée est constitué d’un film mince constitué d’un matériau flexible appelé polystyrène-bloc-polybutadiène-bloc-polystyrène (SBS). Les chercheurs ont utilisé une imprimante à jet d’encre pour fabriquer un câblage conducteur sur l’électrode avec de l’or nanoink. Enfin, ils ont recouvert le circuit en empilant une autre couche de SBS comme isolant, avec des microcanaux perforés au laser comme points de mesure ou de stimulation.

Grâce à des tests mécaniques et des simulations approfondis, les chercheurs ont démontré que l’électrode épouse avec précision la forme du tissu cérébral contenant de nombreuses crêtes irrégulières. Son processus de conception et de fabrication simple constitue également un avantage majeur, car il favorise l’adoption généralisée de l’électrode proposée dans des applications pratiques. « Pour autant que nous le sachions, il s’agit de la première étude à démontrer de telles électrodes ECoG ultra-conformables basées sur de l’électronique imprimée, qui correspondent étroitement aux propriétés mécaniques du tissu cérébral », souligne le Dr Fujie.

Pour présenter le potentiel de leur conception, l’équipe a mené plusieurs expériences sur des modèles de rats épileptiques. Grâce aux électrodes ECoG nouvellement conçues, ils ont pu mesurer avec précision la réponse neuronale dans le cerveau de ces rats lorsqu’une de leurs moustaches était stimulée mécaniquement. De plus, ils pourraient visualiser l’activité des crises lors d’une épilepsie d’origine chimique. De plus, en déclenchant le mouvement des moustaches et des bras des rats via des impulsions électriques envoyées via des canaux spécifiques, les chercheurs ont démontré que les électrodes proposées peuvent stimuler différentes régions du cerveau.

Dans l’ensemble, ces résultats mettent en évidence le potentiel des électrodes neurales flexibles en couches minces pour le diagnostic et le traitement de l’épilepsie et d’autres maladies cérébrales. Notamment, les électrodes n’ont provoqué aucune inflammation ni effet indésirable dans le cerveau des rats, même plusieurs semaines après la procédure, soulignant leur compatibilité avec les tissus biologiques.

Les chercheurs prévoient d’améliorer encore leur conception pour la rendre adaptée aux applications cliniques. « L’intégration de notre électrode en couche mince avec un dispositif implantable pourrait la rendre encore moins invasive et plus sensible à l’activité électrique anormale du cerveau », explique le Dr Fujie. « Cela permettrait d’améliorer les diagnostics et les stratégies thérapeutiques pour la gestion de l’épilepsie intraitable. »