Ouvrir la voie aux implants neuronaux sans fil de demain
Le projet IoN, financé par l’UE, a développé une technique innovante basée sur les ultrasons pour l’alimentation sans fil des implants médicaux. Développée par le coordinateur du projet IoN et le centre de recherche en nanoélectronique et en technologie numérique imec, en collaboration avec l’université technologique de Delft, tous deux situés aux Pays-Bas, cette preuve de concept innovante jette les bases d’implants neuronaux miniaturisés, peu invasifs et sans fil. Imec a présenté son nouveau concept pour la première fois lors de la 2024 International Solid-State Circuits Conference qui s’est tenue à San Francisco en février. La technologie consomme moins de la moitié de l’énergie des autres systèmes et se caractérise par un faible encombrement.
Libérer le potentiel des implants neuronaux
Les sondes neurales actuellement utilisées pour étudier et traiter les troubles neurologiques présentent certains inconvénients en matière d’alimentation. Comme l’explique un communiqué de presse d’imec, leur câblage invasif peut causer des cicatrices et des infections, tandis que l’intégration de batteries pour éliminer le besoin d’ancrage soulève des inquiétudes concernant la taille et d’éventuelles fuites de produits chimiques. La nouvelle technique ne requiert aucune procédure invasive ni batteries encombrantes, en effet, elle fait appel à la technologie des ultrasons pour alimenter sans fil les implants neuronaux situés dans le cortex cérébral. «Alors que de nombreuses technologies d’implants neuronaux font actuellement des progrès considérables en matière de détection et de stimulation, les interfaces sans fil, qui constituent un des composants essentiels des implants, doivent encore être améliorées, notamment en termes d’efficacité énergétique et de facteur de forme», fait remarquer Yao-Hong Liu, directeur scientifique d’imec. «Pour combler cette lacune et libérer le plein potentiel des implants neuronaux, nous exploitons nos technologies uniques sans fil, d’alimentation et de télémétrie pour développer des systèmes sans fil peu invasifs adaptés aux implants miniaturisés, dont les applications vont au-delà des implants neuronaux intracorticaux.» Pour ce faire, l’équipe d’IoN a déployé une technique unique de conduite adiabatique basée sur le concept de redistribution globale de la charge (GCR). Cette technique repose sur les condensateurs parasites du réseau de transducteurs à ultrasons lui-même et recycle les charges de sorte que les condensateurs externes ne sont plus requis pour la redistribution des charges. En outre, la puce est fabriquée en CMOS de 65 nm et possède une unité de commande entièrement intégrée de 116 μm × 116 μm qui permet d’économiser 69 % d’énergie par rapport à une commande de classe D conventionnelle. Grâce à cette conception, l’unité de commande adiabatique ultrasonique est la plus petite de son genre et affiche également la plus faible consommation d’énergie parmi les systèmes les plus modernes. Dans le domaine médical, l’orientation du faisceau jusqu’à des angles importants (> 45 °) est d’une importance cruciale pour maximiser la puissance délivrée et compenser les micro-mouvements ou les désalignements qui peuvent survenir dans le cerveau, tels que ceux qui se produisent durant une intervention chirurgicale ou pendant la respiration. L’introduction d’un contrôleur d’orientation du faisceau permet au concept GCR d’imec de réaliser une orientation du faisceau jusqu’à 53 °. «Nous espérons présenter l’application pratique de notre technologie dans des conditions réelles in vivo, grâce à nos progrès continus, en particulier dans des domaines tels que l’intégration et l’emballage des microsystèmes, et nous accueillons volontiers la collaboration de professionnels de la santé ou de chercheurs», conclut le Dr Yao-Hong Liu, qui dirige le projet IoN. IoN (Intranet of Neurons: A Minimally-invasive and High-capacity Transcranial Telemetry Network for Large-scale Brain-wide Neural Recordings) prend fin en août 2026. Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet ION
Mots‑clés
IoN, implant, implant neuronal, implant médical, ultrasons, cerveau, neurone
