Sondes cérébrales épicorticales flexibles à nanoélectrodes 3D pour l'enregistrement et la stimulation in vivo

Ce projet de thèse vise à développer une nouvelle classe de sondes cérébrales épicorticales flexibles pour l'enregistrement et la stimulation neuronale in vivo. Il combinera les technologies de sondes flexibles développées à l'ICN2 Barcelone avec les concepts de nanoélectrodes 3D développés au LAAS-CNRS. L'objectif est de nano-architecturer localement certains sites électrodes afin d'améliorer le couplage entre les sondes flexibles et le tissu neuronal. Les sondes épicorticales restent à la surface du cortex et correspondent à un domaine d'application distinct de celui des sondes intracorticales pénétrantes. Elles sont particulièrement pertinentes pour la cartographie corticale, le suivi large bande de l'activité cérébrale et la stimulation localisée, avec une invasivité réduite. Cependant, la plupart des sondes épicorticales flexibles actuelles reposent encore sur des sites électrodes planaires, ce qui peut limiter le couplage électrode–tissu, la sensibilité d'enregistrement et l'efficacité de stimulation. Les réseaux de nanoélectrodes 3D offrent une voie prometteuse pour dépasser cette limite. Leur géométrie verticale à l'échelle nanométrique augmente la surface électrochimique effective, rapproche l'interface active des membranes neuronales et permet une stimulation plus localisée. L'hypothèse du projet est que l'intégration de nanoélectrodes 3D sur des sites sélectionnés de sondes épicorticales flexibles permettra d'améliorer la qualité d'enregistrement et l'efficacité de stimulation, tout en conservant la compliance mécanique nécessaire à une utilisation in vivo. La thèse sera hébergée et principalement encadrée au LAAS-CNRS, Université de Toulouse, par Dr. Guilhem Larrieu, avec une co-direction internationale par Prof. Jose A. Garrido à l'ICN2 Barcelone. L'organisation envisagée est d'environ deux ans à Toulouse et un an à Barcelone. Le candidat bénéficiera ainsi de deux environnements européens majeurs en neuroélectronique : le LAAS-CNRS pour les nanoélectrodes 3D, la nanofabrication, la caractérisation électrochimique et les biointerfaces neuronales in vitro ; l'ICN2 pour les sondes flexibles, la bioélectronique à base de graphène et les interfaces cérébrales in vivo. La méthodologie suivra une stratégie progressive allant de la technologie vers la validation biologique. Le candidat définira d'abord l'architecture de la sonde épicorticale flexible avec le partenaire barcelonais. Deux routes complémentaires d'intégration des nanoélectrodes 3D seront ensuite explorées et comparées : l'adaptation des règles de conception top-down du LAAS à des substrats flexibles, et une route de micro/nanofabrication additive 3D, par exemple par polymérisation à deux photons ou écriture directe, suivie d'une métallisation basse température. Les dispositifs seront caractérisés d'un point de vue structural, mécanique et électrochimique, puis validés au LAAS à l'aide de modèles neuronaux 3D tels que des sphéroïdes ou des tissus dérivés d'organoïdes. Les électrodes flexibles planaires et les électrodes flexibles nano-ingénierées en 3D seront comparées en termes d'amplitude d'enregistrement, de rapport signal/bruit, de seuil de stimulation, de stabilité, de sélectivité spatiale et de compatibilité biologique. Les dispositifs optimisés seront ensuite transférés à l'ICN2 Barcelone pour une validation épicorticale in vivo. Le résultat attendu est une stratégie compatible avec les substrats flexibles pour intégrer des nanoélectrodes 3D sur des sondes cérébrales épicorticales, ainsi que des règles de conception reliant géométrie, performances électrochimiques, robustesse mécanique et couplage neuronal. Le projet offrira au candidat une formation interdisciplinaire forte, de la salle blanche et de la micro/nanofabrication 3D à la neurotechnologie in vivo. École doctorale : GEETS - Génie Electrique Electronique,Télécommunications et Santé : du système au nanosystème Direction : Guilhem LARRIEU Financement : MSCA COFUND BEST