La neurotechnologie robotique douce ouvre des voies prometteuses pour la chirurgie corticale mini-invasive

La spécialité de Stéphanie LaCour est de développer des électrodes flexibles qui s’adaptent à un corps en mouvement, offrant des connexions plus fiables avec le système nerveux. Son travail est de nature multidisciplinaire.

Ainsi, lorsqu’un neurochirurgien a demandé à LaCour et à son équipe de concevoir des électrodes peu invasives à insérer dans un crâne humain, ils ont proposé une solution élégante qui tire pleinement parti de leur expertise avec des électrodes compatibles et s’inspire du fonctionnement des robots mous. Les résultats sont publiés dans Sciences robotiques.

le défi? Pour insérer un large éventail d’électrodes corticales à travers un petit trou dans le crâne, et étaler l’appareil dans un espace d’environ 1 mm entre le crâne et la surface du cerveau – sans endommager le cerveau.

Les neurotechnologies mini-invasives sont l’une des principales approches pour fournir des traitements efficaces et personnalisés au patient. Nous devions concevoir un réseau d’électrodes miniature capable de se replier, de passer à travers un petit trou dans le crâne, puis de s’étaler sur une surface plane reposant sur le cortex. Ensuite, nous avons combiné des concepts issus de la bioélectronique douce et de la robotique douce. « 

Stéphanie LaCour, professeure à l’EPFL Neuro X Institute.

De la forme de ses bras en spirale à l’étalement de chaque bras sur le tissu cérébral hypersensible, chaque aspect de cette nouvelle électrode déployable est une ingénierie ingénieuse.

Le premier prototype consiste en un réseau d’électrodes qui s’insère dans un trou de 2 cm de diamètre mais, lorsqu’il est diffusé, s’étend sur une surface de 4 cm de diamètre. Il possède 6 bras en forme de spirale, pour augmenter la surface du réseau d’électrodes, et donc le nombre d’électrodes touchant le cortex. Les bras droits entraînent une répartition inégale des électrodes et une surface en contact avec le cerveau réduite.

Un peu comme un papillon en spirale complexe comprimé à l’intérieur de son cocon avant la métamorphose, le réseau d’électrodes, complet avec ses bras en spirale, se replie soigneusement à l’intérieur d’un tube cylindrique, c’est-à-dire le chargeur, prêt à être déployé à travers la petite ouverture dans le crâne.

Grâce à un mécanisme de fonctionnement permanent inspiré de la robotique douce, chaque bras spiralé est délicatement déployé un par un sur le délicat tissu cérébral. « La beauté du mécanisme d’inversion est que nous pouvons déployer une taille arbitraire d’électrode avec une pression constante et une pression minimale sur le cerveau », explique Suhko Song, auteur principal de l’étude. « La communauté de la robotique douce était très intéressée par ce mécanisme d’inversion car il était bio-inspiré. Ce mécanisme d’inversion peut simuler la croissance des racines des arbres, et il n’y a aucune restriction quant à la quantité de racines d’arbres qui peuvent pousser. »

Le réseau d’électrodes ressemble en fait à une sorte de gant en caoutchouc, avec des électrodes flexibles en relief sur un côté de chaque doigt en forme de spirale. Le gant est retourné ou retourné et plié à l’intérieur du chargeur de tambour. Pour se déployer, le fluide est inséré dans chaque doigt inversé, un à la fois, avec le côté droit du doigt inversé tourné vers l’extérieur lorsqu’il s’ouvre au-dessus du cerveau.

Song a également exploré l’idée du roulement des bras polaires comme stratégie de déploiement. Mais plus le bras est long, plus il devient épais lorsqu’il est enroulé. Si l’électrode enroulée devient trop épaisse, elle occupera inévitablement un grand espace entre le crâne et le cerveau, exerçant une forte pression sur le tissu cérébral.

Le motif d’électrode est produit en évaporant de l’or flexible sur des élastomères hautement compatibles.

À ce jour, le réseau d’électrodes déployables a été testé avec succès sur un porcelet. La neurotechnologie douce sera désormais mise à l’échelle par Neurosoft Bioelectronics, qui fait partie du Laboratoire d’interfaces bioélectroniques douces de l’EPFL, qui dirigera sa traduction clinique. L’entreprise s’est récemment vu attribuer un accélérateur de 2,5 millions de francs suisses par Innosuisse.