Innovation technologique Liliane Bettencourt (2023-2024) - Stéphanie Lacour

Stéphanie Lacour

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2023-2024)

Année 2023-2024

Colloque - La neurotechnologie : Designing Brain Interfaces for Pediatric Applications

Patient-Centered Neurotechnologies: Navigating the Innovation Landscape

Colloque coorganisé par Stéphanie Lacour, chaire Innovation technologique Liliane Bettencourt et Mme Karen Rommelfanger.

Intervenant(s)

Timothy Denison, Department of Engineering Science, University of Oxford

The emerging field of bioelectronics provides a novel alternative to pharmaceutical intervention by using electronic hardware to intelligently sense and stimulate the nervous system.

I will summarize the challenges and opportunities of translational bioelectronic systems face when bridging basic science, regulated technology, and health care economics – particularly for applications in paediatric medicine. This assessment motivates an innovation framework that leverages the unique capabilities of bioelectronic platforms -- from designing implantable scientific instruments that enable novel clinical neuroscience, to applying the resulting science to prototype new therapies. To provide an illustrative example of the platform and innovation framework, I will highlight experiences from the "Picostim-DyNeuMo," which is a collaborative, investigational research tool developed jointly by industry and academics. This system is targeting first-in-human clinical studies exploring challenging neurological disorders such as epilepsy, chronic pain, and disorders of consciousness, and the talk will emphasize the innovations required specifically for addressing paediatric epilepsy.

Professor Denison holds a Royal Academy of Engineering Chair in Engineering Science and Clinical Neurosciences at Oxford, where he explores the fundamentals of physiologic closed-loop systems in collaboration with the MRC Brain Network Dynamics Unit. Tim serves as an advisor to several governments and industry boards on the field of translational medical devices; in particular, helping define strategies for mapping scientific discovery to product development roadmaps within the regulatory and economic constraints of medical systems. To support translation to the clinic, he is a director and chief engineer of Amber Therapeutics, which designs, manufactures, and distributes the Picostim-DyNeuMo investigational research system that is active in four first-in-human trials. Prior to joining Oxford, Tim was a Technical and Bakken Fellow at Medtronic PLC and Vice President of Research & Core Technology for the Restorative Therapies Group, where he helped oversee the design of next generation neural interface and algorithm technologies for the treatment of chronic neurological disease. In 2015, he was elected to the College of Fellows for the American Institute of Medical and Biological Engineering (AIMBE). He has an MS and PhD from MIT in electrical engineering, an AB in Physics and MBA from the University of Chicago.

Stéphanie Lacour

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2023-2024)

Année 2023-2024

Colloque - La neurotechnologie : Welcome and Introduction

Colloque coorganisé par Stéphanie Lacour, chaire Innovation technologique Liliane Bettencourt et Mme Karen Rommelfanger.

Intervenant(s)

Stéphanie Lacour, Directrice de l'institut interdisciplinaire Neuro-X de l'EPFL, professeure invitée du Collège de France

Le colloque est une rencontre interdisciplinaire et spécialisée qui réunit des chercheurs, des entrepreneurs, des patients, des cliniciens et des éthiciens impliqués aux domaines liés à la neurotechnologie. L'objectif principal de ce colloque est d'examiner et de discuter des promesses et des défis liés à l'adoption de la neurotechnologie dans le domaine médical et de la santé.

Les participants présentent leurs dernières recherches et innovations technologiques. Les sujets abordés incluent la conception et le déployment de nouveaux dispositifs implantables pour l'homme, les interfaces cerveau-machine, l'engagement des patients, l'analyse des données neuronales et la réglementation des neurotechnologies.

Suite aux présentations scientifiques, une table ronde permettra aux intervenants d'échanger des idées sur les questions de viabilité et de croissance, de sécurité et de fiabilité, de coûts, d'acceptation par les patients et de collaboration entre les différents acteurs du domaine pour des neurotechnologies répondant aux besoins thérapeutiques et attentes éthiques.

La conception et le développent de ces éléments nécessitent une approche multidisciplinaire impliquant neuroscientifiques, ingénieurs et cliniciens.

Stéphanie Lacour

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2023-2024)

Année 2023-2024

08 - La neurotechnologie : Neurotechnologies implantables. Systèmes implantés

Résumé

Les neurotechnologies implantables sont des systèmes composés de plusieurs éléments qui leur permettent d'interfacer le système nerveux de façon programmable et autonome. Elles comportent des électrodes, un processeur, une batterie, des connecteurs et câbles, des antennes de communication, le tout encapsulé dans un boitier et matériaux hermétiques pour les protéger les éléments électroniques et prévenir les interférences extérieures.

La conception et le développent de ces éléments nécessitent une approche multidisciplinaire impliquant neuroscientifiques, ingénieurs et cliniciens.

Stéphanie Lacour

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2023-2024)

Année 2023-2024

07 - La neurotechnologie : Biointegration

Résumé

L'insertion d'un implant dans le système nerveux s'accompagne d'une réponse immunitaire du tissu biologique. Un tissu cicatriciel se forme autour de l'implant et souvent interfère avec le bon fonctionnement de l'implant en entravant les signaux électriques et réduisant son efficacité.

Le cours couvrira les techniques de fabrication et d'implantation d'électrodes en mettant l'accent sur leur biocompatibilité, et explorera les avancées récentes dans la conception d'électrodes pour améliorer la stabilité et sensibilités des enregistrements neuronaux.

Stéphanie Lacour

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2023-2024)

Année 2023-2024

06 - La neurotechnologie : Au-delà de l'électricité

Résumé

Des alternatives à l'électricité offrent de nouvelles opportunités pour la neuromodulation et la recherche en neurosciences, permettant des approches plus ciblées et parfois moins invasives.

La stimulation magnétique utilise des champs magnétiques pour induire des courants électriques dans le cerveau. L'optogénétique combine la génétique et la lumière pour activer ou inhiber sélectivement l'activité neuronale. La neurostimulation acoustique utilise des ondes sonores ou ultrasons pour moduler l'activité ou permettre une ablation localisée d'une zone du cerveau sans endommager les structures adjacentes.

Ces alternatives requièrent la mise au point de nouvelles technologies miniaturisées et multimodales.

Stéphanie Lacour

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2023-2024)

Année 2023-2024

05 - La neurotechnologie : Neurotechnologies implantables. Systèmes implantés

Résumé

Les neurotechnologies implantables sont des systèmes composés de plusieurs éléments qui leur permettent d'interfacer le système nerveux de façon programmable et autonome. Elles comportent des électrodes, un processeur, une batterie, des connecteurs et câbles, des antennes de communication, le tout encapsulé dans un boitier et matériaux hermétiques pour les protéger les éléments électroniques et prévenir les interférences extérieures.

La conception et le développent de ces éléments nécessitent une approche multidisciplinaire impliquant neuroscientifiques, ingénieurs et cliniciens.

Stéphanie Lacour

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2023-2024)

Année 2023-2024

04 - La neurotechnologie : Électrodes – Partie II. Stimulation neuronale : conception et propriétés électrochimiques

Résumé

Dans la seconde partie du cours, l'attention se tourne vers les électrodes conçues pour la stimulation neuronale, une technique cruciale pour moduler l'activité nerveuse dans des contextes thérapeutiques et de recherche. Comme pour l'enregistrement de l'activité neuronale, les principes électrochimiques électrode-tissue guident la conception d'électrodes pour assurer une stimulation efficace et sécurisée. Nous nous concentrerons sur le dimensionnement des électrodes, le concept de focalisation et la réduction des effets indésirables. Une revue des matériaux et techniques de fabrication de ces électrodes sera également présentée.

Stéphanie Lacour

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2023-2024)

Année 2023-2024

03 - La neurotechnologie : Électrodes – Partie I. Capturer l'activité cérébrale : avancées en électrodes d'enregistrement

Résumé

Ce cours en deux parties vise à fournir une compréhension holistique des électrodes d'enregistrement et de stimulation neuronales, de leur conception à leur application pratique, et de souligner l'importance de l'ingénierie et de la science des matériaux dans l'avancement de la recherche neuroscientifique et des applications cliniques.

Cette première partie se concentre sur les technologies et des principes qui rendent possible la capture précise des signaux neuronaux. Nous commencerons par une exploration approfondie des propriétés électrochimiques qui définissent l'interface entre les électrodes et le tissu cérébral, soulignant comment ces interactions influencent la qualité et la fidélité des données enregistrées. Nous aborderons ensuite les critères essentiels de conception des électrodes, y compris leur dimensionnement et leur forme, pour maximiser la sensibilité. Nous mettrons en lumière les défis et les solutions dans la fabrication d'électrodes, des techniques traditionnelles aux méthodes de pointe telles que la microfabrication, en insistant sur l'importance de choisir des matériaux adaptés qui offrent une excellente conductivité, une biocompatibilité à long terme, et une durabilité. Enfin, nous discuterons des avancées récentes dans le domaine, y compris l'intégration de matériaux innovants comme les polymères conducteurs et le concept d'électrodes actives, ouvrant de nouvelles voies pour l'amélioration de la performance des électrodes d'enregistrement neuronal.

Stéphanie Lacour

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2023-2024)

Année 2023-2024

02 - La neurotechnologie : Neurotechnologies cliniques

Résumé

Les neurotechnologies cliniques sont des avancées médicales utilisant des dispositifs et techniques innovants pour diagnostiquer, traiter et améliorer les conditions neurologiques et psychiatriques. Elles incluent des méthodes telles que l'IRM fonctionnelle pour l'imagerie cérébrale en temps réel, la stimulation du nerf auditif dans la cochlée pour pallier à la surdité sévère ou profonde, la stimulation cérébrale profonde pour traiter les troubles comme la maladie de Parkinson, ou encore l'électrocorticographie pour cartographier avec précision les zones épileptogènes du cerveau.

Stéphanie Lacour

Collège de France

Innovation technologique Liliane Bettencourt (2023-2024)

Année 2023-2024

01 - La neurotechnologie : Introduction. Anatomie et physiologie du système nerveux

Résumé

Une compréhension approfondie du système nerveux est essentielle au développement de la neurotechnologie. Cela implique l'étude des neurones, des synapses, des réseaux neuronaux, ainsi que les processus biochimiques et électriques qui régulent la communication entre les neurones. Ce réseau complexe de communication orchestre la perception, la coordination des mouvements et le maintien des fonctions vitales.