- Des chercheurs de Rice University ont expérimenté la stimulation neuronale à distance et la reconnexion du nerf sciatique sectionné chez le rat à l’aide d’un matériau magnétoélectrique qui transforme les champs magnétiques en champs électriques
- Le nouveau matériau affiche une conversion 120 fois plus rapide que les matériaux similaires existants, et vise les problèmes de forme et de fréquence des signaux auxquels les neurones avaient du mal à répondre
- Sa structure repose sur une couche piézoélectrique de lead zirconium titanate et des couches magnétostrictives de Metglas, avec un empilement de platinum, hafnium oxide et zinc oxide pour produire un signal électrique non linéaire
- Pour réduire la taille globale du dispositif, un procédé permettant de fabriquer des couches minces de moins de 200 nm est nécessaire ; à long terme, l’objectif est une forme injectable à l’emplacement voulu
- Cette approche pourrait réduire le caractère invasif des traitements de neurostimulation et déboucher aussi sur des applications hors de la bioélectronique, comme la détection, la mémoire et l’électronique
Stimulation nerveuse à distance avec un matériau magnétoélectrique
- Les matériaux magnétoélectriques peuvent convertir les champs magnétiques en champs électriques, ce qui en fait depuis longtemps des candidats prometteurs pour stimuler les tissus nerveux de manière peu invasive
- La limite des matériaux existants tenait au fait que la forme et la fréquence des signaux électriques convertis étaient peu adaptées à une réponse des neurones
- L’équipe de Jacob Robinson à Rice University a conçu un nouveau matériau magnétoélectrique pour s’attaquer à ce problème
- Selon l’étude publiée dans Nature Materials, ce matériau peut stimuler des neurones à distance avec précision
- Dans un modèle de rat, il a été utilisé pour combler l’écart d’un nerf sciatique sectionné
- Il réalise la conversion magnéto-électrique 120 fois plus rapidement que des matériaux similaires
Un objectif de neurostimulation moins invasif que les dispositifs implantés
- Robinson estime que les caractéristiques et les performances de ce matériau pourraient avoir un impact majeur sur les traitements de neurostimulation
- Plutôt que d’implanter un dispositif de neurostimulation comme aujourd’hui, il pourrait devenir possible d’injecter une très faible quantité de matériau à l’endroit souhaité
- Joshua Chen explique être parti de la question de savoir s’il pouvait exister un matériau dont il suffirait d’introduire dans le corps une quantité très faible, ou des particules aussi petites que de la « poussière », pour stimuler le cerveau ou le système nerveux
- Les champs magnétiques pénètrent facilement dans le corps, et les matériaux magnétoélectriques peuvent les transformer en champs électriques, que le système nerveux utilise pour transmettre l’information
Structure du matériau et principe de fonctionnement
- Les chercheurs sont partis d’un matériau magnétoélectrique constitué d’une couche piézoélectrique de lead zirconium titanate prise en sandwich entre deux couches magnétostrictives de Metglas
- Le Metglas est un alliage de verre métallique qui peut être magnétisé et démagnétisé rapidement
- Lorsqu’un champ magnétique est appliqué, les éléments magnétostrictifs vibrent et changent de forme, tandis que le matériau piézoélectrique génère de l’électricité à partir de cette déformation
- En combinant ces deux matériaux, il devient possible de convertir un champ magnétique appliqué depuis l’extérieur du corps en champ électrique
Des signaux non linéaires auxquels les neurones peuvent répondre
- Dans les matériaux magnétoélectriques existants, la relation entre champ électrique et champ magnétique est linéaire
- Ce dont les chercheurs avaient besoin, c’était d’une relation non linéaire permettant de générer un signal électrique auquel les neurones peuvent réellement répondre
- Pour cela, ils ont empilé les matériaux suivants sur le film magnétoélectrique existant
- platinum
- hafnium oxide
- zinc oxide
- Trouver des techniques de fabrication compatibles entre ces matériaux constituait un défi
- Robinson indique qu’un travail important a été nécessaire pour créer des couches minces de moins de 200 nm dotées de propriétés particulières
- Bhave estime que ce procédé peut réduire la taille de l’ensemble du dispositif et ouvrir la voie à une future forme injectable
Expériences sur les nerfs périphériques de rats et potentiel pour les neuroprothèses
- Dans une expérience de preuve de concept, les chercheurs ont stimulé des nerfs périphériques de rats avec ce matériau
- Ils ont montré qu’il pouvait restaurer la fonction d’un nerf sectionné, suggérant un potentiel d’application en neuroprothèse
- Chen explique que ce métamatériau pourrait servir à combler l’écart d’un nerf interrompu et à rétablir la vitesse rapide des signaux électriques
- Les chercheurs estiment que ce cadre de conception de matériaux a conduit à la création d’un nouveau métamatériau capable de surmonter plusieurs problèmes des neurotechnologies
- La même approche de conception pourrait aussi s’appliquer à d’autres usages, comme la détection et la mémoire en électronique
Article de recherche et financements
- Le titre de l’article est « Self-rectifying magnetoelectric metamaterials for remote neural stimulation and motor function restoration »
- Il a été publié dans Nature Materials et son DOI est 10.1038/s41563-023-01680-4
- Les auteurs de l’étude sont Joshua Chen, Gauri Bhave, Fatima Alrashdan, Abdeali Dhuliyawalla, Katie Hogan, Antonios Mikos et Jacob Robinson
- La recherche a été soutenue par la National Science Foundation et les National Institutes of Health
1 commentaires
Avis sur Hacker News
Quand on connaît une personne atteinte d’une lésion de la moelle épinière, voir se répéter sans cesse des innovations qui n’arriveront sur le marché que dans 20 ans paraît assez cruel
Je ne sais pas comment corriger ça, mais quand on vit avec une maladie incurable, cette pratique a un impact direct et négatif sur la vie, et suscite une grande peur. Pourtant, quand j’en parle sur HN, je me fais souvent downvoter, attaquer et traiter comme si je racontais n’importe quoi, au point que j’ai presque abandonné
Je suis désolé pour ce que traverse votre connaissance
Prenez tous bien soin de votre système nerveux
Il existe aussi beaucoup de maladies qui bouleversent la vie et dont les perspectives sont encore bien plus sombres, par exemple parce qu’elles reçoivent très peu de financements de recherche ou d’attention
Cela dit, il est vrai que cette longue attente est terrible pour les personnes qui souffrent aujourd’hui
Je ne suis pas du milieu médical, mais quelqu’un peut-il expliquer à quel point c’est important exactement ?
Je me demande si on parle d’un niveau de réparation de la moelle épinière, ou simplement de réparation d’un nerf sectionné
Cela pourrait permettre des thérapies par stimulation nerveuse moins invasives, mais on ne sait pas si l’efficacité s’en trouvera améliorée
Car tous les neurones ne repoussent pas, ni ne retournent là où ils devraient être
Un ami motard a heurté la rambarde d’un pont et s’est sectionné des nerfs de l’épaule droite ; il n’a plus de sensation dans le bras et ne peut plus le bouger
Si l’on pouvait réparer ce genre de chose, ce serait énorme pour les personnes concernées
Par exemple, les patients diabétiques sont concernés, et cette technologie pourrait améliorer de nombreuses vies
Si j’ai bien compris, cela semble permettre une conversion nerf-numérique ainsi qu’une conversion numérique-nerf
Cela voudrait donc dire qu’on pourra bientôt remplacer le corps par un corps robotique
Les problèmes restants sont de savoir comment maintenir un cerveau en vie dans une cuve, et comment miniaturiser l’équipement de maintien en vie pour qu’il tienne dans le corps
Comme il suffit de faire circuler le sang, d’éliminer le dioxyde de carbone et de fournir de l’oxygène et du glucose, ça ne devrait probablement pas être si difficile, et on pourrait peut-être maintenir un cerveau en vie indéfiniment
Avant d’affirmer qu’on peut « maintenir un cerveau en vie indéfiniment » et que « ce n’est pas si difficile », il faut déjà regarder pourquoi entre un tiers et la moitié des plus de 85 ans souffrent de maladie d’Alzheimer, de Parkinson ou de démence
Les développeurs de logiciels ont tendance à voir ce genre de problèmes de façon trop simple et trop optimiste, alors que le corps humain est bien plus complexe que ne le laisse entendre cette explication
J’espère que cela servira à aider les personnes ayant subi des lésions nerveuses avec sectionnement, ou à créer de meilleures prothèses pour les personnes amputées, avec mouvement et capteurs tactiles
À titre personnel, je m’intéresse aussi beaucoup à l’amélioration de l’interaction humain-ordinateur
Si possible sans chirurgie, ou d’une manière extrêmement peu invasive et rapide
D’autant plus qu’un jour sur deux on voit sur HN, et par centaines sur Reddit, des messages affirmant avoir trouvé un traitement sûr contre le cancer ou le sida
On peut transporter un corps humain de l’autre côté de la Terre à 900 km/h pendant 25 heures pour moins de 1 500 dollars, mais même avec 1 000 fois ce coût et 1 000 fois ce temps, on n’arrive pas à relier la distance entre le cerveau et le pied ; cela m’a toujours paru incohérent
Il faut maintenant tout reconnecter de sorte que chaque port soit de nouveau relié au port auquel il était connecté à l’origine
En plus, ces câbles sont de taille microscopique, extrêmement fragiles, et on ne sait pas vraiment comment les réparer
En pratique, on en est presque à espérer qu’ils repoussent au bon endroit
Au contraire, cela paraît naturel
La précision a toujours été difficile
Pour la plupart des gens, il est plus difficile de toucher exactement une cible de 1 mm située à 1 m que de frapper un ballon sur 10 m
Déplacer un tas de sable sur 100 m est plus facile que de déplacer précisément un seul grain de sable de 1 cm sans toucher les grains autour
Les avions ont été conçus par l’être humain à partir des premiers principes, et nous sommes doués pour documenter nos inventions et en comprendre les principes
Mais fabriquer quelque chose qui s’interface avec un système biologique est un tout autre problème
C’est comme faire de la rétro-ingénierie sur une technologie extraterrestre : il faut comprendre à rebours quelque chose d’extrêmement complexe que notre civilisation n’a pas conçu
C’est tellement complexe que ce n’est que relativement récemment que les progrès d’autres domaines nous ont donné des outils permettant de l’explorer de manière significative
Nous avons toujours, au moins depuis l’Égypte antique, mieux connu les mathématiques que la physique, mieux connu la physique que la chimie, et mieux connu la chimie que notre propre corps
Les technologies disponibles reflètent elles aussi ces écarts
Dans une SF de futur proche, serait-il possible d’utiliser ce genre de technologie pour greffer une nouvelle colonne vertébrale cultivée en laboratoire ?
« Une partie des objectifs de CTRL-Labs est assez étrange, comme entraîner des modèles à contrôler des doigts supplémentaires »
https://www.theverge.com/2018/6/6/17433516/ctrl-labs-brain-c...
Pourrait-on renforcer ou connecter en croisé des nerfs afin de contrôler des choses que nous ne pouvons pas contrôler à l’origine ?
Par exemple, et si l’on pouvait sécréter des hormones à volonté pour libérer de l’adrénaline ou se calmer ?
D’après ce que j’ai lu, la colonne possède elle aussi des capacités élémentaires de réaction et de traitement, et cela pourrait dépasser ce que les humains sont capables de fabriquer
C’est un immense espoir pour les patients paralysés
J’espère simplement que cela ne deviendra pas une technologie si chère que seuls quelques millionnaires pourront y avoir accès
Les communiqués publiés directement par les universités, par exemple quand rice.edu annonce une percée majeure, me donnent désormais presque l’impression de clickbait, tant les incitations sont biaisées
Les chercheurs exagèrent leurs résultats pour les articles et les financements, puis l’université les exagère encore pour attirer étudiants et investisseurs
Je me demande si d’autres ressentent la même chose, ou si je suis simplement devenu trop cynique
Le journalisme scientifique est difficile et peu gratifiant
En regardant les choses sans cynisme, la moitié du travail d’un chercheur consiste à diffuser ses résultats auprès des autres chercheurs et du public
Je préfère des communiqués universitaires enthousiastes, même un peu exagérés, à des infos conçues pour provoquer l’indignation qui dominent la télévision et les pages d’accueil des « grands médias »
Les chercheurs sérieux peuvent toujours revenir aux véritables documents évalués par les pairs
L’article contenait aussi un lien, et l’original est ici : https://www.nature.com/articles/s41563-023-01680-4
Le PDF est ici : https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.01.24.477527v2....
Pour connaître ce domaine de loin, avec quelques notions sur les dispositifs piézoélectriques et magnétostrictifs ainsi que sur la stimulation et l’enregistrement neuronaux, je n’avais jamais vu de matériau magnétostrictif capable de créer un biais DC
De plus, piloter le dispositif en mode non résonant pour la stimulation nerveuse me semble également nouveau
Vu de très loin, c’est assez intéressant, et je trouve que cet article est une couverture efficace dont le contenu justifie l’emballement
Une grande partie de ce que nous savons en sociologie pourrait être faux, et si un large socle de la pensée progressiste sur la race, le sexe et le genre repose là-dessus, c’est un gros problème
À tout le moins, cela ne semble pas très différent de cette situation
Quand est-ce que le neural lace arrivera ?
Je comprends que le potentiel soit énorme et séduisant, mais je n’aurais pas envie d’être un early adopter d’un tel produit