Cette illustration montre comment le mince film de capteurs pourrait être appliqué au cerveau avant une intervention chirurgicale.
Avec l’aimable autorisation du Laboratoire d’Electronique Intégrée et Biointerfaces
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Avec l’aimable autorisation du Laboratoire d’Electronique Intégrée et Biointerfaces
Un film flexible hérissé de minuscules capteurs pourrait rendre la chirurgie plus sûre pour les patients atteints d’une tumeur cérébrale ou d’une épilepsie sévère.
Le film expérimental, qui ressemble à une pellicule Saran, repose sur la surface du cerveau et détecte l’activité électrique des cellules nerveuses situées en dessous. Il est conçu pour aider les chirurgiens à éliminer les tissus malades tout en préservant des fonctions importantes telles que le langage et la mémoire.
“Cela nous permettra de faire un meilleur travail”, déclare le Dr Ahmed Raslan, neurochirurgien à l’Université de la santé et des sciences de l’Oregon, qui a contribué au développement du film.
La technologie est similaire dans son concept aux grilles de capteurs déjà utilisées en chirurgie cérébrale. Mais la résolution est 100 fois supérieure, explique Shadi Dayeh, ingénieur à l’Université de Californie à San Diego, qui dirige les efforts de développement.
“Imaginez que vous regardez la lune par une nuit claire”, dit Dayeh, “puis imaginez [looking through] un télescope.
En plus de faciliter la chirurgie, le film devrait offrir aux chercheurs une vision beaucoup plus claire de l’activité neuronale responsable de fonctions telles que le mouvement, la parole, la sensation et même la pensée.
“Nous avons ces circuits complexes dans notre cerveau”, explique John Ngai, qui dirige l’initiative BRAIN aux National Institutes of Health, qui a financé une grande partie du développement du film. “Cela nous permettra de mieux comprendre leur fonctionnement.”
Cartographier un cerveau malade
Le film vise à améliorer un processus appelé cartographie fonctionnelle du cerveau, qui est souvent utilisé lorsqu’une personne a besoin d’une intervention chirurgicale pour enlever une tumeur cérébrale ou un tissu provoquant de graves crises d’épilepsie.
Lors d’une opération, les chirurgiens placent une grille de capteurs à la surface du cerveau d’un patient éveillé, en prenant soin de ne pas déchirer le film délicat. Ensuite, ils demandent au patient d’effectuer des tâches, comme compter ou bouger un doigt.
Certaines tâches peuvent être spécifiques à un patient particulier.
« Si quelqu’un est mathématicien, nous lui donnerons une formule mathématique », explique Raslan. “Si quelqu’un est peintre, nous lui confions ce qu’on appelle une tâche de cognition visuelle.”
Les capteurs montrent quelles zones du cerveau deviennent actives lors de chaque activité. Mais les frontières de ces zones ont tendance à être irrégulières, explique Raslan.
«C’est comme un rivage», dit-il, «il zigzague et se courbe.»
La précision d’une carte cérébrale dépend du nombre de capteurs utilisés.
«La grille clinique que nous utilisons utilise désormais un point d’enregistrement tous les centimètres», explique Raslan. “La nouvelle grille utilise au moins 100 points.”
Cela est possible parce que chaque capteur de la nouvelle grille représente « une fraction du diamètre d’un cheveu humain », explique Dayeh. Et la grille elle-même est collée à un film plastique si fin et flexible qu’il épouse tous les contours de la surface du cerveau.
Des animaux aux humains
L’appareil fonctionne bien chez les animaux. Et en mai, la FDA l’a approuvé pour des tests sur des humains.
Dayeh et Raslan, qui détiennent tous deux un intérêt financier dans l’appareil, affirment que l’équipe travaille déjà sur une version sans fil qui pourrait être implantée pendant 30 jours maximum. Cela permettrait aux personnes souffrant d’épilepsie sévère d’être surveillées pour détecter les crises à domicile plutôt qu’à l’hôpital.
Le Dr Ahmed Raslan, neurochirurgien à l’Université de la santé et des sciences de l’Oregon qui a contribué au développement de la grille de capteurs cérébraux de haute technologie, affirme que l’appareil permettra aux chercheurs de cartographier le cerveau de manière plus détaillée.
Fritz Liedtke / Université de la santé et des sciences de l’Oregon
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Fritz Liedtke / Université de la santé et des sciences de l’Oregon
À terme, les chercheurs espèrent utiliser cet outil de diagnostic comme interface cerveau-ordinateur pour les personnes incapables de communiquer ou de bouger.
Cela leur permettrait de « traduire leurs pensées en actions », explique Dayeh.
Les scientifiques ont déjà créé ce type d’interface cerveau-ordinateur à l’aide de capteurs implantés profondément dans le cerveau. Mais une grille à la surface du cerveau serait plus sûre et pourrait potentiellement détecter l’activité de beaucoup plus de neurones.
L’argent des contribuables au travail
Les recherches de Daye font partie de l’initiative fédérale BRAIN, lancée il y a dix ans pour développer des outils susceptibles de révéler le fonctionnement interne du cerveau humain.
La nouvelle grille est l’un des outils, dit Ngai. Mais cela promet également d’améliorer les soins prodigués aux personnes atteintes de troubles cérébraux.
« En fin de compte, l’objectif était de développer de meilleures façons de traiter les êtres humains », explique Ngai, « et je pense que cela nous fait un grand pas en avant vers cet objectif.
Les progrès futurs pourraient être plus lents. Cette année, le Congrès a réduit le financement de l’Initiative BRAIN d’environ 40 pour cent.
Malgré tout, dit Ngai, la nouvelle grille de capteurs et son homologue sans fil montrent à quel point le domaine a progressé.
Il y a dix ans, dit Ngai, certains des meilleurs ingénieurs électriciens et informaticiens du pays ont déclaré que de tels appareils ne fonctionneraient pas.
“Vous regardez maintenant”, dit-il, “et c’est en train d’être fait.”