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Des neuroprothèses plus précises et abordables grâce aux memristors

Dans un nouvel article, des chercheurs de l'université de Southampton au Royaume-Uni, et des membres du projet RAMP, financé par l'UE, ont montré comment les memristors pourraient contribuer au développement de neuroprothèses plus précises et abordables et des médicaments bioélectriques.
Des neuroprothèses plus précises et abordables grâce aux memristors
La surveillance de l'activité des cellules neuronales est fondamentale pour les neurosciences et le développement de neuroprothèses. Malheureusement, le dispositif capable de traiter efficacement et en temps réel les données neuronales, impose des exigences restrictives en matière de bande passante, d'énergie et de capacité de calcul.

Selon les scientifiques travaillant dans le cadre du projet RAMP (Real neurons-nanoelectronics Architecture with Memristive Plasticity), la solution pourrait se trouver dans l'utilisation de memristors. Il s'agit de composants électriques qui limitent ou régulent le flux électrique dans un circuit, qui sont capables de mémoriser la quantité de charge les ayant traversés et de conserver des données, même lorsque l'alimentation est coupée. En substance, ils jouent un rôle semblable à celui des synapses biologiques et sont intrinsèquement capables d'effectuer simultanément des tâches de calcul et de stockage d'informations dans des volumes extrêmement réduits et avec une très faible dissipation d'énergie.

L'auteur principal Isha Gupta, étudiant de troisième cycle chercheur à l'université de Southampton, a commenté: «En concevant des outils essentiels pour interpréter de façon plus efficace de grands volumes de données, notre travail peut contribuer de façon significative aux neurosciences et au développement de neuroprothèses et de médicaments bioélectroniques s.»

L'équipe de recherche a développé à l'échelle nanométrique un capteur memristor intégratif (MIS, pour Memristive Integrative Sensor) auquel ils ont fourni une série d'échantillons tension-temps reproduisant l'activité électrique neuronale. En agissant comme les synapses du cerveau, le MIS à oxyde métallique a pu coder et compresser (jusqu'à 200 fois) les activités neuronales de pointe enregistrées par des réseaux d'électrode multiples. Cette approche ne se limite pas à répondre aux contraintes de bande passante; les chercheurs affirment qu'elle est également très économe en énergie, la puissance nécessaire par canal d'enregistrement étant jusqu'à 100 fois inférieure à celle que nécessitent les meilleures technologies actuelles.

«Nous sommes ravis d'avoir pu démontrer que les extraordinaires propriétés de ces nouveaux dispositifs à l'échelle nanométrique, malgré leur architecture relativement simple, permettent de les utiliser pour autre chose que de simples systèmes de stockage mémoire. Grâce à eux, il est en effet possible de surmonter les limites de bande passante et d'alimentation qui interdisent actuellement la production d'interfaces neuronales comportant plus de 1 000 canaux d'enregistrement», a déclaré le Dr Themis Prodromakis, co-auteur.

Les travaux menés par l'équipe de RAMP représentent un bond en avant très prometteur dans le traitement d'un certain nombre de maladies et d'états pathologiques, dont les symptômes pourraient être considérablement atténués grâce au développement de neuroprothèses sophistiqués qui amélioreraient la qualité de vie des patients. Un des plus grands défis dans ce domaine a été de veiller à ce que ces neuroprothèses aient la «sensation» de constituer une partie du propre corps du patient ou, pour les prothèses situées dans ou sur certaines parties du corps, qu'elles soient non-invasives.

Dans le cadre du consortium RAMP, les ingénieurs de Southampton ont pu établir des liens avec des biologistes de l'université de Padoue en Italie, et de l'Institut Max Planck en Allemagne, en utilisant les installations du Centre de nanofabrication de Southampton. Les résultats ont été publiés dans la revue «Nature Communications».

Le projet RAMP, qui a reçu un peu plus de 2 millions d'euros de financement de l'UE, doit s'achever en octobre 2016.

Pour plus d'informations, veuillez consulter:
site web du projet

Source: D'après des informations communiquées par le projet et un communiqué de presse de l'université de Southampton

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Numéro d'enregistrement: 126406 / Dernière mise à jour le: 2016-10-04
Catégorie: Progrès scientifiques
Fournisseur: ec