Informatique
De nouvelles technologies rendent les implants neuronaux biocompatibles et plus durables
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Adapter l'électronique à notre cerveau
Over time, electronic devices have progressively become smaller and more omnipresent in our lives, from the early mainframe computer, which took up an entire room, to today’s smartphones and various smart devices.
L'interface de contrôle de ces appareils a également évolué, passant des cartes perforées aux écrans tactiles, voire aux commandes vocales.
Il reste encore une étape à franchir pour améliorer le contrôle et l'interface entre nous et notre ordinateur : le contrôler directement avec notre esprit.
Such neural implants were for a long time a concept limited to science fiction. But they are soon becoming a reality. It is likely that the first applications will be medical, for monitoring or helping in case of diseases affecting the brain. But in the long run, the progress made in monitoring our brains’ activity could directly convert into the full integration of our thoughts into the control of our computer.
And maybe even later down the road, a seamless integration of the two, with the equally exciting and scary possibility to “download” data directly in our brain like in the Matrix movies.
Implant cérébral souple
L'une des difficultés de l'implantation d'un élément artificiel dans le corps est de ne pas endommager les tissus environnants. Pour certains implants médicaux tels que les implants osseux, des métaux biocompatibles comme le titane peuvent être utilisés. Mais pour les tissus plus mous comme le cerveau, des implants souples et flexibles sont indispensables, ce qui est difficilement compatible avec l'électronique traditionnelle.
In addition, traditional electronics can themselves be damaged by the body’s fluids and ions.
Par conséquent, si les composants électroniques et les organes qui leur sont reliés doivent être protégés les uns des autres, une autre stratégie est probablement nécessaire.
“Advanced electronics have been in development for several decades now, so there is a large repository of available circuit designs.
The problem is that most of these transistor and amplifier technologies are not compatible with our physiology.”
Dion Khodagholy, Professor in UC Irvine’s Department of Electrical Engineering and Computer Science.
This why researchers at the University of California, Colombia University are investigating soft organic electrochemical transistors for potential brain implant design. They published their results in Nature Communication, under the title “Le contrôle spatial du dopage dans les polymères conducteurs permet d'obtenir des transistors électrochimiques organiques complémentaires, conformables et implantables à ionisation interne"1.
Électronique polymère
Pour remplacer le transistor en silicium dur, ils ont utilisé des composants électroniques à base de polymères. Ils sont allés plus loin que les précédentes tentatives de bioélectronique.
Dans les versions précédentes de cette technologie, les transistors étaient constitués de plusieurs matériaux différents. Cela les rendait trop encombrants et augmentait le risque de toxicité, un problème particulièrement aigu pour les interactions avec des organes sensibles comme le cerveau.
Au lieu de cela, ils ont réussi à utiliser un seul matériau biocompatible, le poly(3,4-éthylènedioxythiophène) polystyrène sulfonate (PEDOT:PSS).
“By designing devices with asymmetrical contacts, we can control the doping location in the channel and switch the focus from negative potential to positive potential. This design approach allows us to make a complementary device using a single material.”
L'utilisation d'un matériau mono-polymère a également simplifié le processus de fabrication, ce qui rend plus probable une conception commercialement viable, adaptée à la production de masse.
Source : Nature
Enfin, l'extrême flexibilité du dispositif lui permet de se déplacer avec le corps et même de se conformer aux structures des organes au fur et à mesure de leur croissance. Cela peut faire une énorme différence pour les applications pédiatriques, car les enfants ont besoin que l'implant s'adapte à eux au fil du temps.
Des ions au lieu d'électrons
Un autre avantage de cette approche est que l'électronique utilise les signaux des ions du corps, au lieu du courant électrique. Ceci est important car le flux d'ions est la façon dont nos cellules signalent l'information, même pour les neurones où la décharge électrique aux synapses est le résultat d'un changement dans la concentration d'ions.
“For our innovation, we used organic polymer materials that are inherently closer to us biologically, and we designed it to interact with ions, because the language of the brain and body is ionic, not electronic.”
Les implants ont été capables de détecter l'activité de neurones individuels, ce qui est indispensable pour toute technologie future d'implant neuronal.
La stabilité et la fiabilité des implants ont été testées sur des rongeurs vivants et se déplaçant librement. La légèreté des implants pourrait constituer une révolution dans l'étude du cerveau des jeunes souris, qui est trop petit pour être mesuré avec les implants traditionnels, plus lourds et plus grands.
Source : Nature
Des implants plus durables
Si les implants neuronaux devront être dotés d'une électronique et de capteurs souples et précis, leur durabilité pose un autre problème.
Comme nous ne voulons pas avoir à rouvrir régulièrement le crâne pour changer l'implant, l'électronique utilisée doit être ultra-durable et fiable.
Il est également probable que les implants nécessiteront toujours une certaine forme d'électronique en silicium pour effectuer des calculs, même si ces parties n'interagissent pas directement avec le cerveau. Il est donc nécessaire de rendre l'électronique au silicium capable de survivre à l'environnement cérébral.
“Miniaturized neural implants have enormous potential to transform healthcare, but their long-term stability in the body is a major concern.”
Vasiliki (Vasso) Giagka, professeur associé à l'université de technologie de Delft
Researchers at the Delft University of Technology (Netherlands), University College London, Imperial College London, and HUN-REN (Hungary) have worked on this topic. They published their discovery in Nature Communications under the title “On the longevity and inherent hermeticity of silicon-ICs: evaluation of bare-die and PDMS-coated ICs after accelerated aging and implantation studies”2.
Protéger les puces du cerveau
Les chercheurs ont commencé par étudier le processus de dégradation des composants électroniques à base de silicium lorsqu'ils sont implantés dans le cerveau. Les tests ont été réalisés à la fois in-vivo et en simulation de conditions in-vivo en laboratoire.
Ils ont testé des puces de deux fabricants différents, chacun utilisant un processus de fabrication différent pour fabriquer la puce, ce qui permet d'étendre plus facilement les résultats à toutes les conceptions électroniques en silicium.
Source : Nature
Transistors, the computing components of chips, are protected by a thin layer of silicon oxide and silicon nitride around 200–300 µm (micometers) thick. The stability of this protection layer mostly determines the durability of the chip when implanted.
Source : Nature
Les chercheurs ont ensuite étudié la possibilité d'utiliser le polydiméthylsiloxane (PDMS, caoutchouc de silicone) comme revêtement souple mais perméable à l'humidité pour prolonger la longévité de l'électronique implantable. Une partie des puces a été recouverte de PDMS, le reste restant exposé, afin d'observer la différence de dégradation.
Source : Nature
Amélioration radicale de la durabilité
Lorsqu'elle est exposée à un environnement agressif, que ce soit en laboratoire ou chez les rats, la couche de PDMS offre une protection très durable au substrat de silicium. En revanche, une érosion rapide de l'oxyde et du nitrure de silicium s'est produite après quelques mois d'exposition, avec une perte totale de la couche protectrice après 10 mois.
Source : Nature
“Our findings demonstrate that bare-die silicon chips, when carefully designed, can operate reliably in the body for months.
We were all surprised. I did not expect microchips to be so stable when soaked and electrically biased in hot salt water.”
It should also be noted that the “Chip A” eroded a lot quicker than “Chip B”, so the design of a silicon chip can severely affect how durable it will be in neural implant applications.
La teneur en hydrogène (H) légèrement plus élevée dans la puce A pourrait expliquer cette différence, de même que la morphologie (arrangements atomiques) qui pourrait jouer un rôle dans la stabilité chimique en cas d'exposition à des environnements humides.
Applications
La combinaison de puces en silicium capables de survivre pendant de longues périodes dans le cerveau et d'une électronique en polymère souple capable de détecter l'activité d'un seul neurone ouvre la voie à de nouveaux concepts.
En effet, la combinaison de ces deux nouvelles caractéristiques pourrait rendre les implants beaucoup moins intrusifs et suffisamment durables pour qu'ils deviennent une partie semi-permanente de notre cerveau.
“By extending the lifespan of neural implants, our study opens up pathways to more durable and effective technologies for brain-computer interfaces and medical therapies.”
Maladies neurologiques
Neural implants’ first applications will be in biomedical research. This includes better measuring of brain activity in animal models (especially rats).
In the longer term, it should bear fruit in new types of treatments for all kinds of neurological diseases, including Alzheimer’s, Parkinson’s, amyotrophic lateral sclerosis (ALS), etc.
It could also be useful to treat psychiatric conditions like clinical depression, or even bipolar disorder and schizophrenia.
Il s'agit de le premier succès des implants neuronaux de la société Neuralink, soutenue par Elon MuskIl s'agit de l'amélioration de l'interface cerveau-muscle défaillante.
Implants neuronaux véritables
La traduction directe de l'activité cérébrale en données lisibles par les machines peut avoir un potentiel presque illimité, en particulier avec le développement parallèle de la technologie de l'IA.
Dans un premier temps, il pourrait aider les personnes souffrant d'une grave déficience motrice. de nombreux exemples de cas d'utilisation potentiels:
- Rendre la parole aux personnes paralysées ou victimes d'un accident vasculaire cérébral.
- Améliorer la mobilité des victimes d'accidents vasculaires cérébraux ou des patients atteints de paralysie cérébrale, de dystrophie musculaire, etc.
- Donner la possibilité d'utiliser un curseur d'ordinateur ou des outils télécommandés, ce qui pourrait aider les personnes handicapées à effectuer seules des tâches quotidiennes et améliorer leur autonomie.
À plus long terme, ce type d'implant entrerait résolument dans le domaine de la science-fiction :
- L'exosquelette réagit aux pensées de la même manière que nos muscles, en multipliant la force normale.
- Contrôle total à distance de corps robotisés loin de nos emplacements réels, avec des applications évidentes dans les industries dangereuses ou l'armée.
- Communication directe avec les ordinateurs pour les tâches professionnelles et les loisirs (jeux vidéo ou films VR par exemple).
- Renvoi de données dans le cerveau, de l'amélioration de l'apprentissage des langues (ou peut-être de la traduction en temps réel assistée par l'IA) à la réception directe de données dans notre cerveau.
Bien entendu, plus l'électronique et les ordinateurs seront en interface avec notre cerveau, plus les mesures de sécurité devront être renforcées. Alors que nous sommes déjà préoccupés par les risques de piratage de nos ordinateurs et de nos téléphones, une attaque malveillante sur les implants neuronaux serait exponentiellement plus dommageable.
Investir dans les neurones & Implants médicaux
Vous pouvez investir dans des sociétés liées aux implants par l'intermédiaire de nombreux courtiers, et vous pouvez trouver ici, sur securities.ioNos recommandations pour les meilleurs courtiers en les États-Unis, Canada, Australie, le Royaume-Uni, ainsi que de nombreux autres pays.
Si vous n'êtes pas intéressé par la sélection d'entreprises spécifiques, vous pouvez également vous tourner vers des ETF tels que le iShares U.S. Medical Devices ETF (IHI) ou le SPDR S&P Health Care Equipment ETF (XHE)qui offrira une exposition plus diversifiée pour tirer parti de la croissance du secteur des dispositifs médicaux et portables.
Vous pouvez également consulter notre article "Les 6 principales actions du secteur des dispositifs médicaux".
Sociétés d'implants électroniques
Koninklijke Philips N.V.
Koninklijke Philips N.V. (PHG +3.42%)
The first application of neural implants is likely to be in the medical field. So besides private companies like Neuralink and others listed in our article “5 meilleures entreprises d'interfaces cerveau-ordinateur (BCI)“, companies already deeply involved in healthcare electronics sensors are likely to be the first ones to commercialize some form of neural implants.
Philips est une marque bien connue de petits appareils électroniques grand public (rasoirs, brosses à dents électriques), également active dans le domaine de la santé. Par exemple, elle a été le #1 pour le dépôt de brevets MedTech en Europe pour 2022.
Elle est active dans le domaine des produits médicaux connectés, qu'il s'agisse de produits portables, d'imagerie, de respirateurs ou de robots médicaux. L'entreprise est également active dans le domaine des semi-conducteurs (y compris la technologie maglev) et de la haute technologie, de la robotique et de l'automatisation.
Source : Philips
Philips propose des produits portables pour les mesures cardiaques, respiratoires et d'activité. Ses capteurs peuvent être intégrés dans des smartwatches, des moniteurs de santé, des patchs médicaux et des trackers d'activité.
When neural implants become a proven technology, we can expect Philips’s expertise in biocompatible sensors to make it a leader in the sector.
En ce qui concerne les dispositifs médicaux, Philips privilégie une solution de partenariat, où elle développe pour des tiers "leurs" dispositifs médicaux IoT (Internet des objets) connectés, entièrement compatibles avec le reste des solutions de Philips. Dans ce contexte, elle propose à ses clients le prototypage, le conseil réglementaire, le développement de produits de bout en bout et la production à l'échelle industrielle.
Philips est donc une entreprise axée sur la technologie et un candidat probable à l'intégration rapide d'innovations telles que les générateurs piézoélectriques flexibles dans les dispositifs médicaux existants.
En 2023, les appareils de Philips touchaient directement 1,82 milliard de personnes.
L'entreprise souhaite créer un environnement de soins de santé numériques entièrement intégré, dans lequel les capteurs correspondent aux appareils, puis utiliser de multiples solutions de connectivité pour s'intégrer à la solution Philips HealthSuite Cloud et permettre une analyse approfondie des données.
Ici aussi, une interface électronique directe avec le cerveau pourrait s'intégrer de manière transparente dans cette infrastructure informatique préexistante.
Source : Philips
En tant que fournisseur de l'industrie MedTech, Philips n'est pas aussi visible dans le secteur que d'autres entreprises plus importantes. Cependant, elle est experte dans la construction d'appareils électroniques et de capteurs de haute performance, repoussant souvent les limites du possible dans son créneau des soins de santé et des produits portables.
Avec l'intégration croissante des wearables et de l'électronique médicale dans les soins de santé et les protocoles médicaux, le segment Healthcare de Philips est appelé à se développer au sein du conglomérat.
Référence de l'étude :
1. Wisniewski, D.J., Ma, L., Rauhala, O.J.et al. (2025) Le contrôle spatial du dopage dans les polymères conducteurs permet d'obtenir des transistors électrochimiques organiques à ionisation interne complémentaires, conformables et implantables. Nat Commun 16, 517. https://doi.org/10.1038/s41467-024-55284-w
2. Nanbakhsh, K., Shah Idil, A., Lamont, C.et al. (2025) Sur la longévité et l'herméticité inhérente des circuits intégrés en silicium : évaluation des circuits intégrés nus et revêtus de PDMS après un vieillissement accéléré et des études d'implantation. Nat Commun 16, 12. https://doi.org/10.1038/s41467-024-55298-4
