Effets dépendants des couches des électrodes neurales sur la connectivité fonctionnelle neuronale des souris pendant les implantations chroniques

Introduction

Cette étude explore les effets à long terme des microélectrodes implantées de manière chronique sur la connectivité fonctionnelle neuronale dans le cerveau des souris sauvages C57BL6. Les électrodes implantées dans le cerveau permettent l’enregistrement des signaux neuronaux et la stimulation électrique, et ont de larges applications dans les systèmes Brain-Computer Interface (BCI), tels que la restauration du contrôle moteur et des perceptions sensorielles. Cependant, au fil du temps, les signaux enregistrés par les électrodes implantées se dégradent progressivement, un phénomène attribué à la “réponse aux corps étrangers” (Foreign-Body Response, FBR). Toutefois, comment exactement la FBR affecte la fonctionnalité des circuits neuronaux autour de la zone implantée et leur stabilité reste flou. Cette étude vise à révéler comment la FBR change à long terme la fonctionnalité des circuits neuronaux locaux et à comprendre en profondeur son impact sur les dispositifs de décodage BCI.

Contexte et objectifs de l’étude

Bien que les électrodes neuronales implantées aient un potentiel d’application, elles posent toujours des problèmes en termes de sensibilité et de stabilité des enregistrements. Des recherches antérieures montrent que les électrodes implantées provoquent une inflammation locale aiguë, détruisent la barrière hémato-encéphalique, et entraînent une infiltration des cellules sanguines et des protéines plasmatiques. Ces modifications activent ensuite les cellules gliales et les astrocytes, formant des cicatrices gliales qui diminuent le rapport signal/bruit et influencent la détection des signaux. De plus, l’augmentation du stress oxydatif, des cytokines pro-inflammatoires et du glutamate affecte la survie des neurones et l’intégrité des synapses, réduisant la capacité de détection des signaux neuronaux. Les dommages aux axones et aux oligodendrocytes réduisant la propagations des potentiels d’action limitent également les capacités de détection des électrodes.

Méthodes de recherche et processus expérimental

L’étude a utilisé des microélectrodes de type Michigan à 16 canaux avec un espacement de 100 μm à travers toutes les couches du cortex et la région CA1 de l’hippocampe, l’objet d’étude étant des souris sauvages C57BL6 de 11-13 semaines d’âge, avec un équilibre des genres. Les principales méthodes expérimentales employées incluent :

1. Chirurgie d’implantation de l’électrode

L’objet d’étude comprend au total 8 souris (4 mâles et 4 femelles). La procédure d’implantation de l’électrode, renforçant la responsabilité, inclut l’anesthésie des souris avec de la kétamine et de la diazine, la fixation des souris sur un stéréotaxique, et la suppression de la peau et du tissu conjon