Les « triple verrou » des électrodes d'interface cerveau-machine

Stagiaire journaliste Yin Jingfei

Une seule électrode devient le « Mont Gānlǐng » de l’industrie des interfaces cerveau-machine. Alors que le public se passionne pour le nombre de canaux et la taille des puces, une question plus fondamentale reste sans réponse : combien de temps cette chose insérée dans le cerveau peut-elle durer ? Avant même de répondre à « combien de temps », il y a une question encore plus prioritaire : de quel matériau doit-elle être faite ? Dans la voie invasive, après une craniotomie, comment collecter les données, jusqu’à quelle profondeur ? L’industrie explore activement des solutions.

La difficulté de la rigidité : le matériau doit être souple

« Le cerveau est aussi mou que du tofu, alors que les sondes en métal traditionnel ou en silicium sont particulièrement dures, ce qui, une fois insérées, coupe le tissu cérébral à l’échelle microscopique, et avec la respiration, elles dérivent, rendant le suivi du signal instable. Pire encore, les matériaux durs provoquent une réaction immunitaire, entraînant la mort des neurones autour de l’implant, et le signal initialement clair finit par disparaître. » confie un professionnel à Securities Times.

« Le matériau doit absolument être souple » est devenu une consensus dans l’industrie. Deux voies technologiques commencent à se différencier : l’une consiste à rechercher de nouveaux matériaux souples, l’autre à optimiser les matériaux existants par ingénierie.

L’équipe de Liu Jia a choisi de développer directement un nouveau matériau naturellement souple et résistant — le fluoroélastomère, qui, comme le caoutchouc, est élastique et résiste à la corrosion par les fluides biologiques. En 2021, Liu Jia et ses collègues ont cofondé Axoft, dont le produit a obtenu la certification d’équipement innovant par la FDA. Étant donné que ce matériau est aussi un élastomère comme le cerveau, il ne se déplace pas par rapport au tissu lors de la respiration ou d’autres activités physiologiques, résolvant ainsi d’un point de vue fondamental le problème de dérive de l’électrode et de réaction immunitaire.

Cependant, ce n’est pas la seule voie possible. « Actuellement, la majorité des électrodes flexibles invasives, y compris Neuralink, Ladder Medical, utilisent principalement du polyimide, en réduisant la rigidité de courbure pour atteindre une ‘flexibilité physique’. » explique Liu Xiaojun, responsable du projet d’interface cerveau-machine à l’Institut de technologie de la région du Yangtsé à l’Université de Pékin. C’est le résultat de plusieurs décennies d’expérimentations en laboratoire — ces matériaux ont une bonne biocompatibilité, une conductivité satisfaisante, une chaîne d’approvisionnement mature et un coût contrôlable.

Le polyimide n’est pas non plus la solution ultime. Li Jianfu, directeur du marché chez Shenzhen Weiling Medical, admet que la durée de vie efficace des technologies matures est d’environ deux ou trois ans, et pour une fonction à vie, il faut continuer à remplacer le matériau dans le cerveau.

Concernant la voie du polyimide, chaque entreprise explore des procédés et structures. Zhiran Medical a développé une électrode flexible extensible, qui, par décalage de contrainte, peut suivre le mouvement rythmique du tissu cérébral. Ladder Medical a miniaturisé l’électrode à une taille cellulaire — seulement 1 micron d’épaisseur, avec une section transversale équivalente à un tiers d’un cheveu. L’équipe de Liu Xiaojun a inventé une structure « rouleau suisse », en enroulant une fine membrane flexible bidimensionnelle en forme d’aiguille, capable d’intégrer 1024 canaux sur une seule aiguille, trouvant un équilibre entre haute capacité et stabilité à long terme.

Les chemins de la différenciation : « insérer » ou « coller »

Au-delà du débat sur les matériaux, la divergence fondamentale concerne : faut-il « insérer » l’électrode ou « l’attacher » ?

« Neuralink utilise une électrode profonde, insérée dans le cortex comme un fil de cheveux. » explique Tao Hu, fondateur et scientifique en chef de BrainTiger. La méthode de BrainTiger consiste à coller une électrode en film mince sur la surface du cortex. Les électrodes profondes rencontrent deux grands problèmes : la réaction immunitaire qui atténue le signal, et le risque de dommages physiques dus au mouvement de l’électrode. « Nous devons prioriser la sécurité du patient. »

Shenzhen Weiling Medical va plus loin. Son électrode corticale à haute densité, d’une épaisseur de seulement 10 microns, peut être collée comme un film sur la surface irrégulière du cortex. « Après insertion, cette partie du cortex est pratiquement inutilisable. Si l’électrode a un problème, il est impossible de la remplacer chez le patient. » insiste Li Jianfu. D’un point de vue éthique, le traitement ne doit pas causer de dommages secondaires. Ces électrodes « collées » peuvent être retirées simplement avec de l’eau salée, sans endommager le tissu cérébral.

Selon Li Jianfu, cela crée deux valeurs dans l’industrie : d’un côté, la « médecine », visant à remodeler ou remplacer la fonction nerveuse ; de l’autre, la « technologie » qui reproduit la voie de Neuralink, en mettant en avant le contrôle du curseur par le cerveau ou la commande de fauteuils roulants. Il ne nie pas la difficulté technique, mais estime que leur valeur clinique est largement exagérée.

Questions de risques : un long chemin de la clinique à la généralisation

« Au moins au niveau matériel, la technologie des électrodes nationales a rattrapé le niveau international. » affirme Liu Xiaojun.

Mais « le dernier micromètre » reste un obstacle.

« Le problème clé actuel est de garantir la stabilité à long terme de la collecte du signal d’un seul neurone. » explique Liu Xiaojun. La question n’est pas la performance électrique de l’électrode, mais sa capacité à « écouter » de façon stable, sur plusieurs mois ou années, l’activité d’un seul neurone. « Les tests sur animaux ont montré une stabilité à long terme, mais il manque encore des validations chez l’humain. »

C’est un énorme fossé. Les expériences animales durent deux ans, avec des résultats impressionnants, mais le microenvironnement du cerveau humain est plus complexe : réactions immunitaires, formation de cicatrices gliales — ces facteurs difficiles à reproduire chez l’animal peuvent, avec le temps, rendre le signal flou. « Ce qui rend la validation difficile, c’est qu’il faut une observation prolongée, puis ajuster les matériaux, la conception et la technique en fonction des résultats. » explique Liu Xiaojun.

Quant à la possibilité d’une large adoption industrielle, tous les experts s’accordent : « le moment n’est pas encore venu. » La majorité des essais cliniques en Chine débuteront après 2025. En tant que dispositif médical de classe III à haut risque, la validation clinique, l’approbation et la diffusion à grande échelle restent un long chemin.

Li Jianfu clarifie aussi une confusion sur la chirurgie. « Ce n’est pas comme Elon Musk le prétend, qu’on peut implanter aujourd’hui et sauter du lit le lendemain. » La présence d’un « corps étranger » dans le corps est un processus très long. « D’un point de vue clinique, un an est le minimum requis. »

Tous insistent : « Sa sécurité à long terme doit encore être vérifiée avec le temps. »

Le problème ne se limite pas à l’électrode. « L’encodage et le décodage neuronaux font aussi face à une pénurie de talents et à un isolement des données — peu de données EEG sont open source, et la variabilité individuelle est grande. » ajoute Tao Hu. Le matériel n’est qu’une partie visible de l’iceberg, sous la surface, se trouvent des algorithmes, des données et une validation clinique qui nécessitent une collaboration encore plus longue.

« Le temps dira qui réussira, qui échouera. » conclut Liu Xiaojun.