Premier exemple de médecine électronique biorésorbable

Un implant biodégradable fournit une stimulation électrique qui accélère la régénération nerveuse

Des chercheurs de la Northwestern University et de la Washington University School of Medicine de St. Louis ont mis au point le premier exemple de médecine électronique biorésorbable : un dispositif sans fil implantable et biodégradable qui accélère la régénération nerveuse et améliore la guérison d’un nerf endommagé.

Les scientifiques ont mis au point un dispositif qui délivre des impulsions électriques régulières aux nerfs périphériques endommagés chez les rats après un processus de réparation chirurgicale, accélérant la repousse des nerfs dans les jambes et améliorant la récupération de la force et du contrôle musculaires. Le dispositif sans fil fonctionne pendant environ deux semaines avant de s’absorber naturellement dans le corps.

Les scientifiques pensent que de telles technologies transitoires pourraient un jour compléter ou remplacer les traitements pharmaceutiques destinés à diverses affections médicales chez l’homme.

Avantages et risques de la biotechnologie

Ce type de technologie, que les chercheurs appellent un «médicament électronique biorésorbable», fournit une thérapie et un traitement sur une période de temps cliniquement pertinente et directement sur l’emplacement où cela est nécessaire, réduisant ainsi les effets secondaires ou les risques associés aux implants permanents classiques.

« Ces systèmes d’ingénierie offrent une fonction thérapeutique active dans un format dosé programmable, puis disparaissent naturellement dans le corps, sans laisser de trace », a déclaré John A. Rogers, pionnier des technologies bio-intégrées et auteur principal de l’étude. « Cette approche thérapeutique permet de réfléchir à des options qui vont au-delà des médicaments et de la chimie. »

La recherche a été publiée le 8 octobre dans la revue Nature Medicine.

Bien que le dispositif n’ait pas été testé chez l’homme, les résultats de cette étude sont prometteurs comme une future option thérapeutique pour les patients souffrant de lésions nerveuses. Pour les cas nécessitant une intervention chirurgicale, la pratique habituelle consiste à administrer une stimulation électrique pendant l’opération afin de faciliter le rétablissement. Mais jusqu’à présent, les médecins n’avaient pas les moyens de fournir en permanence cette stimulation supplémentaire à différents moments du processus de récupération et de guérison.

Washington University in St. Louis, Northwestern University, National Academy of Engineering

Un implant rachidien aide 3 personnes paralysées à marcher à nouveau

Pour certaines personnes atteintes de paralysie liée à des lésions nerveuses, un implant rachidien pourrait restaurer la capacité de marcher lorsque d’autres traitements et thérapies ont échoué.

Une nouvelle étude publiée dans la revue Nature détaille un nouveau dispositif médical qui stimule les signaux neuronaux lorsqu’ils se déplacent le long de la colonne vertébrale, facilitant ainsi la transmission de messages aux membres coupés par une lésion de la moelle épinière.

Après quelques mois d’utilisation de l’appareil, trois participants à la recherche ont pu marcher à l’aide de muscles précédemment déclarés paralysés, selon BBC News. Et ils pourraient le faire sans avoir besoin d’impulsions électriques pour stimuler leurs muscles, une approche commune de la technologie de réadaptation.

À l’heure actuelle, les scientifiques s’emploient à obtenir l’approbation des autorités de réglementation pour lancer des essais plus vastes et plus rigoureux aux États-Unis et en Europe d’ici trois ans.

Bien que le système coûte actuellement très cher et puisse devenir inconfortable avec le temps, les chercheurs espèrent le voir s’appliquer aux marchés après de nouvelles recherches.

BBC News, DOI https://doi.org/10.1038/s41586-018-0649-2

Les dernières avancées de l’intelligence artificielle

Différentes prédictions défrayent la chronique depuis maintenant quelques années à propos de l’émergence d’une intelligence artificielle dite forte (autonome et multidisciplinaire). Optimistes ou non, tous les commentateurs du phénomène s’accordent plus ou moins sur la supériorité de l’intelligence artificielle sur l’humain dans tous les domaines d’ici 30 à 200 ans. Selon les commentateurs chinois, l’autonomisation complète de l’intelligence artificielle interviendra d’ici 104 ans, tandis que les Américains l’estiment à 169 ans. En attendant, voici quelques actualités notables.

Puisant dans des bases de données gigantesques, des algorithmes sont déjà si complexes que certaines machines prennent des décisions que l’Homme ne peut pas expliquer à ce jour. Plus étonnant encore, certaines intelligence artificielle détectent lorsqu’un humain tente de modifier leur comportement et peuvent même tout faire pour s’opposer à l’acte s’il entre en conflit avec l’objectif initial de l’intelligence artificielle.

Le même jour, Alibaba et Microsoft ont annoncé que leurs intelligences artificielles respectives ont battu l’Homme sur un test de lecture de référence, avec un score de 82,44 pour Alibaba et de 82,65 pour Microsoft, contre 82,304 pour l’humain. Le test en question, le Stanford Question Answering Dataset, pose 100 000 questions fermées sans possibilité d’interprétation à partir de 500 articles de Wikipédia.

Des chercheurs de l’Université du Maryland ont mis au point le Deception Analysis and Reasoning Engine (DARE), une intelligence artificielle détectant automatiquement le mensonge dans des vidéos de procès. DARE a appris à détecter et analyser les micro-expressions humaines (lèvres saillantes, sourcils froncés, etc.) et les différentes fréquences de voix d’un individu pour constater s’il fabule ou non. À plus long terme, le programme vise explicitement à être utilisé par les services de renseignement pour « prédire le mensonge dans un environnement ouvert ».

Une intelligence artificielle détecte le mensonge

Selon le docteur Laurent Alexandre, le développement de la génomique, des neurosciences et des capteurs électroniques connectés surveillant la santé, vont bouleverser le domaine médical. Les milliards de données qui composeront notre dossier médical ne pourront être analysés que par des intelligence artificielle. Les deux groupes numériques les plus investis dans la santé sont IBM et Google, mais Microsoft, Facebook, Amazon et Baidu se sont également engagés très sérieusement dans le secteur (L’Express, 27/12/17).

Des chercheurs de l’Institut de technologie du Massachusetts (MIT) ont réussi à créer des synapses artificielles. Il s’agirait d’une avancée déterminante et du dernier frein à l’accroissement de la puissance des intelligence artificielle. Un processeur basé sur un réseau neuronal imite le fonctionnement du cerveau humain en passant d’une transmission d’informations binaires (les processus informatiques actuels) à une liaison analogique (humaine). Cette découverte permettrait l’émergence de puces « neuromorphiques » pour traiter des millions de flux de calculs parallèles à l’instar du cerveau de l’Homme. Ces processeurs auront une puissance de calcul comparable à des supercalculateurs.

D’ici 2028, l’intelligence artificielle pourrait remplacer ou au moins assister les professeurs pour répondre aux difficultés de l’éducation et de l’enseignement dans les classes, selon le Forum Économique Mondial.

Ce nouveau moniteur de santé portable peut se coller à presque n’importe quoi

Nous les voyons souvent dans les shows de science-fiction : des moniteurs de santé intégrés dans le corps humain, suivant tout ce qui se passe à l’intérieur de nous. Cette technologie particulière est encore loin d’être atteinte. Cependant, un nouveau développement de la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST – L’université des sciences et technologies du Roi Abdallah) en Arabie Saoudite nous en rapproche. Les chercheurs ont mis au point un procédé qui imprime des ordinateurs hautes performances à base de silicium sur des surfaces douces et autocollantes pouvant s’adapter aux contours asymétriques du corps.

L’équipe de chercheurs de la Computer, Electrical, and Mathematical Science and Engineering Division du KAUST, dirigée par Muhammad Hussain, a travaillé sur cette technologie qui rend les matériaux de silicium plus souples tout en conservant leur performance. L’étude est publiée dans la revue Advanced Material Technologies.

a) Projection growth for different Internet of Things (IoT) modules from 2015 to 2020. b–d) Comparison models between state of the art CMOS technology chipsets and proposed decal form technology using 3D printers for packaging and embedding. e–g) Comparison models for current mode of electronics fabrication (PCBs) and future applications of decal electronics for IoE applications. h) Digital photographs of packaged ZnO based inverter in 600 μm 3D printed polymer. i) Different packaged electronic components including NOR decals, NOT decals, NAND decals, and buffer decals. j) Digital image showing the comparison between decal CMOS electronics and state of the CMOS electronics on a Thai silk.
Credits: KAUST

“Nous essayons d’intégrer tous les composants de l’appareil – capteurs, électroniques de gestion des données, batterie, antenne – dans un système complètement conforme”, a expliqué Hussain. “Cependant, emballer ces modules discrets sur des substrats souples est extrêmement difficile.”

L’équipe a amélioré le processus d’impression des circuits avec l’encre liquide des molécules conductrices sur des matériaux comme les polymères ou la cellulose. Cela permet un assemblage de rouleau à rouleau à grande vitesse avec des emballages peu coûteux. L’application électronique de peau qu’ils ont développée est un capteur avec des bandes étroites de papier d’aluminium, qui change sa conductivité électrique en fonction de son état de flexion.

L’équipe a imprimé leur électronique décalquée à l’aide de techniques 3D qui encapsulaient les puces et les feuilles de silicium dans un film polymère à base de couche adhésive. Pour assurer une flexibilité maximale, ces décalcomanies utilisent des nanotransistors à oxyde de zinc à haute mobilité sur des plaquettes de silicium, toutes rétrécies à des dimensions microscopiques.

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Grâce à cet appareil, les médecins pouvaient surveiller les niveaux d’activité d’un patient, tels que les habitudes respiratoires. Et tout cela sans les tracas de quelque chose de volumineux ou lourd attaché à votre peau. Mais ce dispositif n’est pas seulement pour nos corps.

« Vous pouvez placer un autocollant de détection de pression sur un pneu pour le surveiller tout en conduisant, puis décollez-le et placez-le sur votre matelas pour apprendre vos habitudes de sommeil », a déclaré Galo Torres Séville, premier auteur des résultats et doctorant de KAUST. Hussain note comment la décalcomanie électronique, avec ses performances robustes et son potentiel de fabrication à haut débit, pourrait conduire à d’autres applications innovantes.

« Je crois que l’électronique doit être démocratisée – simple à apprendre et facile à implémenter. Les autocollants électroniques sont un bon pas dans cette direction » a déclaré Hussain.

Traduction Thomas Jousse

DOI: 10.1002/admt.201600175

Eurekalert, Advanced Material Technologies

Que diriez-vous d’avoir de minuscules panneaux solaires implantés sous la peau ?

De minuscules panneaux solaires sous votre peau sont presque prêts à alimenter la prochaine génération de dispositifs médicaux.

Si nous pouvions récolter une fraction des photons frappant notre corps chaque jour, nous pourrions être des cyborgs avec des dispositifs médicaux alimentés par le soleil. Le concept a fait un pas en avant cette semaine où des chercheurs suisses (étude publiée sur Annals of Biomedical Engineering, le 3 janvier) ont montré que des panneaux de la taille d’un timbre-poste implantés sous la peau pourraient théoriquement générer suffisamment d’électricité pour exécuter des stimulateurs cardiaques et des dispositifs similaires qui exigent maintenant des batteries volumineuses.

A cross-section view of the simulated solar-powered pacemaker, and how it was worn by volunteers. (Bereuter, L., Williner, S., Pianezzi, F. et al. Ann Biomed Eng (2017))

L’étude, qui a duré six mois, a permis à 32 volontaires de disposer d’une boîte à sangle munie de filtres simulant la peau humaine contenant des panneaux solaires, des piles et de l’électronique. Les participants portaient le dispositif pendant une semaine en été, en automne et en hiver tout en suivant leurs habitudes quotidiennes. La puissance générée en moyenne était multipliée par 5 à 10 microwatts requis par un stimulateur cardiaque standard utilisé pour réguler les rythmes cardiaques irréguliers. Les chercheurs disent que la puissance la plus faible enregistrée pendant l’essai était de 12 microwatts.

L’équipe suisse affirme que l’étude est la première à générer des données réelles sur la façon dont les modèles typiques de mouvements humains pourraient rassembler suffisamment de puissance dérivée de la lumière pour les appareils tels que les stimulateurs cardiaques. Des études antérieures avaient simulé comment de tels dispositifs pouvaient fonctionner sous des lambeaux de peau de porc (qui ont des propriétés optiques similaires à la peau humaine), montrant que quelques minutes d’exposition directe au soleil suffisaient à charger un stimulateur cardiaque pendant toute une journée.

Dans la nouvelle étude, la lumière du soleil et la lumière artificielle ont alimenté les panneaux, avec une puissance considérable générée même à l’intérieur et pendant les jours nuageux. Mais c’est toujours une preuve de concept. Bien que pas beaucoup plus grand qu’une carte de crédit, le dispositif était encore trop grand et peu maniable pour être implanté dans le cou (où les panneaux absorberaient le plus de lumière). L’étape suivante consiste à concevoir et à tester un dispositif qui inclut des panneaux solaires plus petits et flexibles optimisés pour les conditions de faible luminosité et avec les matériaux appropriés pour envelopper en toute sécurité l’électronique qui passerait sous la peau d’une personne. Enfin, un dispositif médical à énergie solaire efficace devrait inclure une batterie mince pour stocker de l’énergie pendant des périodes où la lumière est insuffisante.

Mais si ces problèmes sont résolus, disent les chercheurs, nous pourrions bientôt voir une grande amélioration par rapport aux stimulateurs cardiaques actuels qui s’appuient sur des piles et doivent soit être régulièrement rechargés (sans fil) ou, plus souvent, remplacés par la chirurgie.

Quartz Media

Des implants cérébraux conçus pour fondre et ne laisser aucune trace

Des chercheurs américains et chinois, de l’Université de Pennsylvanie, ont mis au point plusieurs technologies bio dissolubles, des implants médicaux non-invasifs qui peuvent être absorbés par l’organisme.

Illustration of the construction of a bioresorbable neural electrode array for ECoG and subdermal EEG measurements. A photolithographically patterned, n-doped silicon nanomaterial (300 nm thick) is used for electrodes and interconnects. A 100 nm thick film of silicon dioxide and a foil of PLGA (30 nm thick) serve as a bioresorbable encapsulating layer and substrate, respectively. The device connects to an external data acquisition system through a conductive film interfaced to the Si nm interconnects at contact pads at the edge. (credit: Ki Jun Yu et al./Nature Materials))

Ils ont créé des capteurs, constitués de couches de molybdène et de silicium, qui peuvent surveiller les signaux du cerveau puis fondre à distance sans laisser de trace.

La recherche a été publiée en ligne dans la revue Nature et représente une grande avancée dans la technologie des biocapteurs, car elle offre une résolution égale ou supérieure pour mesurer l’activité électrique du cerveau, par rapport à des électrodes classiques, tout en éliminant « les risques, les coûts et l’inconfort associés à la chirurgie pour extraire les dispositifs actuels utilisés pour le suivi post-opératoire », selon le chercheur principal Brian Litt, professeur de neurologie, neurochirurgie et bio-ingénierie à l’École de Médecine de Perelman.

Les appareils seront particulièrement utiles pour la cartographie de la neurophysiologie et les modèles neuronaux de certains troubles mentaux et neurologiques — par exemple, la maladie de Parkinson, la dépression et l’épilepsie. D’autres applications utiles comprendront le suivi post-opératoire, et le placement de dispositifs impliqués dans la chirurgie cardiaque et neuronale.

La recherche a été financée par la DARPA entre autres.


Surveiller le cerveau avec un implant soluble


Dans les recherches connexes, les scientifiques chinois ont créé un dispositif bio dissolubleun « Memristor », (résistance de mémoire), composé de protéines d’albumines (blanc d’œuf) laquées sur un film de silicone, avec des électrodes de magnésium et de tungstène. Leur recherche a été publiée dans la revue ACS Applied Materials and Sciences.

Des tests ont montré que la performance de l’appareil est comparable aux autres memristors plus conventionnels et peut stocker des informations sur 10 000 secondes sans subir de détérioration. La puce peut fonctionner pendant trois mois dans des conditions sèches et dans des conditions humides, les albumines et les électrodes se décomposent en 2 à 10 heures. Les matières restantes se dissolvent après environ trois jours, laissant des traces insignifiantes.

La recherche a été financée par le National Natural Science Foundation of China.

Source : Kurzweil News

Un bébé sourd de 8 mois entend sa mère pour la première fois grâce à un implant auditif

Ce bébé de 8 mois est devenu sourd après avoir contracté une méningite bactérienne à l’âge de 4 mois. Ses parents ont eu le choix, car la maladie a rapidement ossifié son cochléaire et l’aurait rendu irréversiblement sourd en quelques semaines. Regardez le moment où son implant cochléaire est activé et où il entend des sons pour la première fois, ainsi que la voix de sa mère.

Autodesk Within Medical : logiciel d’impression 3D d’implants médicaux destinés à l’industrie orthopédique

Autodesk lève le voile sur Autodesk Within Medical, un logiciel de design génératif qui optimise l’impression 3D d’implants médicaux destinés à l’industrie orthopédique.

Le logiciel mis au point par Autodesk permet aux ingénieurs biomédicaux de créer des implants orthopédiques dotés d’une structure poreuse micro-réticulaire pour faciliter l’implantation de la prothèse sur un os vivant ainsi que le développement des vaisseaux sanguins dans les tissus adjacents afin de favoriser la guérison et la cicatrisation des plaies.

Mark Davis, directeur senior de la recherche en conception chez Autodesk, explique :

« La repousse osseuse étant vitale dans nombre de chirurgies orthopédiques, Within Medical utilise différentes tailles de pores et des surfaces réticulaires rugueuses pour aider l’implant poreux à s’intégrer correctement avec l’os. (…) Les conceptions réalisées avec Within Medical sont également optimisées pour les processus d’impression 3D spécifiques — tels que le frittage laser direct de métal et la fusion par faisceaux d’électrons — pour une fabrication ultra-précise ».

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