Matrices de microélectrodes tridimensionnelles multisites pour une imagerie 3D de l'activité électrique du système nerveux central – MEA3D

1- Contexte scientifique et objectifs du projet L'information neuronale étant distribuée sur des milliers de cellules interconnectées en assemblées, décrypter précisément le code neuronal nécessite d'enregistrer un grand nombre de cellules simultanément en couvrant finement le tissu nerveux. Pour cela, des techniques se développent où des matrices de microélectrodes sont positionnées au contact du tissu nerveux afin de recueillir l'activité électrique en un grand nombre d'endroits simultanément. Le développement de ces systèmes multiélectrodes (MEA) est crucial à la fois pour la recherche fondamentale en Neurosciences, mais également pour la mise au point de nouvelles interfaces cerveau/machine et de neuroprothèses implantables pour la réhabilitation fonctionnelle (maladie neurodégénératives, lésions du système nerveux central - SNC). Cependant, une des limitations importantes des systèmes MEA actuels vient du fait que l'échantillonnage spatial des points de mesure est limité à une ligne ou à un plan. En effet, aucun système ne permet encore un échantillonnage 3D des activités électriques neuronales. Pourtant, de nombreuses études montrent que l'information est réellement portée par une architecture 3D du système SNC : cette information varie par exemple d'un point à un autre de la surface du cortex, mais également dans la profondeur du tissu entre les différentes couches cellulaires. Parvenir à développer des systèmes d'enregistrement 3D de l'activité électrique du SNC constitue donc certainement un verrou actuel majeur en Neurosciences. L'objectif du projet MEA3D est de concevoir et de tester de nouvelles technologies multiélectrodes tridimensionnelles se présentant sous la forme de matrices de 32 aiguilles offrant chacune 8 sites d'enregistrement espacés de 50 microns. Une telle technologie n'existe pas actuellement et permettra d'explorer réellement en 3 dimensions l'activité électrique du système nerveux central. Pour cela, des méthodes de visualisation et cartographie des activités électriques 3D seront également mises au point. 2- Description du projet, méthodologie Deux procédés différents de fabrication des matrices seront étudiés et testés. Le premier procédé consistera à réaliser des barrettes d'aiguilles multicontacts 2D, qui seront assemblées en matrices 3D grâce à un système de micro-connectique type « fond de panier ». La microfabrication sera réalisée par gravure silicium de type DRIE (« Deep Reactive Ion Etching ») dont le groupe ESIEE a l'expérience. L'expertise de la société Philips dans le domaine de la microconnectique sera précieuse, étant donnée la grande densité des contacts à relier. Le deuxième procédé consistera à faire croître des pointes de hauteur importante sur une matrice planaire. Ceci sera réalisé par électrodéposition alternée de plusieurs couches de métaux et d'isolant, techniques utilisées en routine dans le domaine des microsystèmes pour la réalisation de géométries 3D complexes. Les multiples contacts seront repris en face arrière de la matrice grâce à un réseau de microvias traversants. Le savoir-faire du groupe ESIEE en électrodéposition ainsi que l'expertise de la société Philips en matière de reprise de microcontacts permettront la bonne réalisation de ces développements technologiques. Par ailleurs, afin d'étudier les activités enregistrées par ces nouvelles approches 3D, des méthodes de cartographie 3D de l'activité neuronale (potentiel extracellulaire et densités de courants) seront développées et mises en œuvre. Contrairement aux approches « Current Source density » (CSD) classiques 1D, ceci permettra l'identification des puits et des sources de courants, et donc des zones primaires d'activité, à partir d'une approche directement 3D. Ce développement méthodologique fera appel aux compétences du LNR en matière de cartographie et analyse des signaux électriques extracellulaires. 3- Résultats attendus Les systèmes multiélectrodes 3D seront testés sur une préparation ponto-m