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Dialogue entre des neurones d'escargot et des puces électroniques

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Cet été, un laboratoire de l'Institut de biochimie Max-Plank à Martinsried, près de Munich a franchi une étape importante en réussissant à faire fonctionner la cellule élémentaire d'un réseau hybride. Deux neurones d'escargot reliés par une synapse échangent des signaux électriques entre eux et avec le circuit électronique sur lequel ils sont greffés. Depuis, Peter Fromherz a effectué une autre expérience, non encore publiée, avec deux neurones indépendants cette fois. L'excitation du premier produit un signal capté par le circuit électronique qui le traite avant de le transmettre au second neurone. "Cela préfigure peut-être l'un des fonctionnements possibles des réseaux hybrides qui permettront d'exploiter simultanément les capacités propres aux neurones, telles que la mémoire associative, et les aptitudes des microprocesseurs en matière de capacité de calcul", explique Peter Fromherz. Cette intime collaboration du vivant et de l'inerte constitue un objectif si ambitieux que le chercheur en parle avec une extrême prudence. L'équipe de Peter Fromherz a commencé ses recherches avec des neurones d'escargots en raison de leurtaille,environ dix fois supérieure à celle des neurones de rats également utilisés par le laboratoire. A l'aide de transistors à effets de champ gravés dans une puce électronique, les chercheurs ont exploité le contact capacitif qui se crée entre la puce et les neurones isolés par une couche de dioxyde de silicium (SiO2). Le neurone devient alors une partie intégrante du composant. Une modulation de tension provoque une variation de la différence de potentiel existant naturellement entre l'intérieur du neurone et sa membrane externe (environ - 65 mV). De quoi déclencher l'activité du neurone grâce à des impulsions de 5 V qui dépolarisent la membrane. Après ce premier couplage, il a fallu attendre 1995 pour que l'équipe de l'Institut Max-Planck maîtrise la stimulation du neurone et six ans de plus pour qu'elle réalise en 2001 un premier embryon de réseau à deux neurones biologiques couplés à une puce électronique. Après deux ans de travail, les chercheurs ont réussi à graver dans le silicium de minuscules cellules de 70 microns de diamètre constituées chacune de 6 plots de 40 microns de hauteur espacés de 20 à 25 microns. La géométrie de cette cage détermine son efficacité. Pour cela, la surface de la puce est équipée de lignes contenant les protéines dont les synapses se nourrissent pour se développer. Ce véritable schéma de connexion entre les neurones est réalisé par lithographie, technique identique à celle qui permet de graver les transistors. Ainsi, la puce se trouve dotée d'un double câblage. Électronique dans le silicium et biologique à sa surface. Les chercheurs travaillent maintenant à l'extension de ce réseau à trois neurones. Peter Fromherz pense y parvenir l'an prochain et espère publier ses résultats dans la foulée ou en 2003. "Maintenant, cela va plus vite...", note Gunther Zeck en souriant. Les premières puces hybrides échappent aux contraintes de miniaturisation de leurs cousines en silicium. Pour l'instant, les chercheurs apprennent patiemment à comprendre le fonctionnement des cellules nerveuses qui renferment les secrets du cerveau. Ce mariage pourrait profiter aux ordinateurs, mais également à l'homme. L'association du biologique et de l'électronique pourrait ainsi faire exploser demain les capacités des ordinateurs en leur apportant de nouvelles aptitudes. De même, les puces électroniques pourraient doper le cerveau humain.

Le Monde : http://www.lemonde.fr/article/0,5987,3244--243943-,00.html

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• Publié dans : Neurosciences & Sciences cognitives
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