Circuits et systemes de modelisation analogique de neurones ...

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Chapitre IV : mise en œuvre et applicationsLe CNCT (Center for Neural Communication Technology) à l'Université du Michigan adéveloppé une série d'électrodes micro-usinées [CNCT]. Une micropointe est usinée dans unsubstrat silicium, des pistes sont ensuite déposées et plaquées or à l'emplacement des sites aucontact avec le neurone, elles sont isolées par un dépôt d'oxyde. Le substrat de silicium permetd'intégrer l'électronique servant au multiplexage des différents sites et à leur enregistrement[JI 92] ou même de réaliser une liaison bidirectionnelle en autorisant l'enregistrement et lastimulation [KIM 96].La miniaturisation de l'ensemble de la sonde permet d'augmenter le nombre de pointsenregistrés ou stimulés et permet d'envisager une implantation in vivo chronique.Des modèles basiques (c'est-à-dire des électrodes nues, sans électronique associée) sontdistribués sous condition aux chercheurs qui en font la demande [CNCT 99].3.2.4. Lien bidirectionnel au niveau du silicium.Pour conclure ce paragraphe, citons une approche originale développée par l'équipe duprofesseur Peter Fromherz de l'institut Max Planck de biochimie à Martinsried-München enAllemagne.La structure illustrée par la figure 4-17 leur permet de réaliser une liaison silicium-neuronebidirectionnelle : L'électrolyte entre le silicium et le neurone forme la grille du transistor MOS, sesvariations de potentiel se traduisent par une modulation du courant dans le canal dutransistor [FROMHERZ 93]. A l'inverse, les variations du potentiel appliquées au site de stimulation déclenchent unpotentiel d'action par couplage capacitif [FROMHERZ 95].Neuronestimulationenregistrementoxyde minceP PPN+site de stimulationtransistor mossubstrat NFigure 4-17 : schéma de principe de l'interface silicium-neurone, d'après [STETT 97].163
Chapitre IV : mise en œuvre et applicationsLa liaison silicium-neurone est réalisée par des techniques de microélectronique et il est ainsipossible d'obtenir des densités très élevées. A l'inverse des méthodes précédentes le bain n'estpas en contact avec du métal puisque l'oxyde recouvre l'ensemble de la surface, supprimantainsi tout risque d'empoisonnement.Cette méthode présente cependant le problème inhérent à l'enregistrement extracellulaire,c'est-à-dire la difficulté à lier la forme du potentiel enregistré à la tension transmembranaire.L'étude théorique du circuit équivalent de la jonction silicium-neurone permet d'étudier lesrelations entre les deux grandeurs [FROMHERZ 99]. Notons que, dans certaines conditionsde proximité, les auteurs obtiennent néanmoins des enregistrements proches de ceux observésavec des électrodes intracellulaires.3.3.Premier exemple : étude in vitro de la boucle thalamique.Les premiers réseaux hybrides ont été réalisés avec des tissus d'invertébrés : des ganglionsstomatogastriques provenant de langoustes. Ce réseau de neurones, responsable de lacontraction de l'appareil gastrique, présente l'avantage d'être structurellement relativementsimple et de présenter une activité rythmique caractéristique. Ces expériences ont enparticulier permis de tester et valider la méthode des réseaux hybrides [LE MASSON 95],[LE MASSON 98a].La méthode a ensuite été appliquée à l'étude, chez des mammifères, d'une structure cérébraleplus complexe, le thalamus [LE MASSON 98b], [LE MASSON 99a], [LE MASSON 99b].Pour présenter ces travaux, nous citons ci-dessous des extraits de données non publiées(Le Masson, Renaud-Le Masson et Bal [LE MASSON 00]). Les résultats scientifiquesobtenus au niveau neurobiologique dépassent largement le cadre de notre présentation et nesont donc pas présentés dans l'extrait que nous avons choisi. Notons que le neurone LGNcorrespond au neurone TC, les appellations variant suivant les espèces.Mesure de la fonction de transfert du thalamus par des méthodes hybrides.Les réseaux neuronaux du thalamus participent à l’élaboration de la perceptionsensorielle : ils ont pour fonction de traiter et de transférer les informations sensoriellesdu monde extérieur vers les aires corticales primaires (Steriade et al., 1997). Au coursdes premiers stades du sommeil, ces réseaux deviennent le siège d'oscillationsthalamocorticales spontanées et synchronisées à 10 Hz, les fuseaux (spindle wave)164
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