Matrice d’électrodes intelligentes : un outil pour améliorer les performances spatiotem- porelles des systèmes hybrides (vivant-artificiel), en boucle fermée et en temps réel

Redes de eletrodos inteligentes : melhorando a performance espaço-temporal de sistemas híbridos (vivo e artificial), em laço fechado e em tempo real

Intelligent multielectrode arrays : improving spatiotemporal performances in hybrid (living-artificial), real-time, closed-loop systems

• Auteur / Autrice : Guilherme Bontorin alves
• Direction : Sylvie Renaud, Nico de Rooij
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, microtechnologie
• Date : Soutenance le 22/09/2010
• Etablissement(s) : Bordeaux 1 en cotutelle avec Université de Neuchâtel (Neuchâtel, Suisse)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Bogdan Nicolescu-Catargi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Renaud, Peter Seitz, Luca Berdondini, Jean Tomas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ricardo Augusto Da luz reis, Michel Dumas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurones

Systèmes dynamiques hybrides

Bioélectronique

Mots clés libres

Bioélectronique

Temps Réel

Boucle Fermée

Systèmes Hybrides

Matrice Multi-électrodes (MEA) à Forte Densité

Cmos

Détection des potentiels d’action

Neurones

Cellules Bêta

ASIC Analogique

Bioeletrônica

Tempo Real

Laço Fechado

Sistemas Híbridos

Matriz de Multi-eletrodos em Alta Densidade

Detecção de Potencial de ação

Neurônios

Células Beta

Circuito Integrado Analógico

Bioelectonics

Real Time

Closed-Loop

Hybrid Systems

Lna

High Density MultiElectrode Arrays (MEA)

Neurons

Beta-cells

Analog ASICs

Résumé

Cette thèse présente un système bioélectronique prometteur, l’Hynet. Ce Réseau Hybride (vivant-artificiel) est conçu pour l’étude du comportement à long terme des cellules électrogénératrices, comme les neurones et les cellules betas, en deux aspects : l’individuel et en réseau. Il est basé sur une boucle fermée et sur la communication en temps réel entre la culture cellulaire et une unité artificielle (Matériel, Logiciel). Le premier Hynet utilise des Matrices d’électrodes (MEA) commerciales qui limitent les performances spatiotemporelles du Hynet. Une nouvelle Matrice d’électrodes intelligente (iMEA) est développée. Ce nouveau circuit intégré, analogique et mixte, fournit une interface à forte densité, à forte échelle et adaptative avec la culture. Le nouveau système améliore le traitement des données en temps réel et une acquisition faible bruit du signal extracellulaire.

Esta dissertação de doutorado apresenta um sistema bioeletrônico auspicioso, o Hynet. Esta Rede Híbrida (viva e artificial), é concebida para o estudo do comportamento à longo prazo de células eletrogeneradoras (como neurônios ou células beta), em dois aspectos : individual e em redes. Ele é baseado na comunicação bidirecional, em laço fechado e em tempo real entre uma cultura celular (Bioware) e uma unidade artificial (Hardware ou Software). Um primeiro Hynet é apresentado, mas o uso de Matrizes de Eletrodos (MEA) comerciais limita a performance do sistema. Finalmente, uma nova Matriz de Eletrodos Inteligente (iMEA) é desenvolvida. Este novo circuito integrado fornece uma interface adaptativa, em alta densidade e grande escala, com o Bioware. O novo sistema melhora o processamento de dados em tempo real e a aquisição baixo ruído do sinal extracelular.

This thesis presents a promising new bioelectronics system, the Hynet. The Hynet is a Hybrid (living-artificial) Network, developed to study the long-term behavior of electrogenic cells (such as Neurons or Beta-cells), both individually and in a network. It is based on real-time closed-loop communication between a cell culture (bioware) and an artificial processing unit (hardware and software). In the first version of our Hynet, we use commercial Multielectrode Arrays (MEA) that limits its spatiotemporal performances. A new Intelligent Multielectrode Array (iMEA) is therefore developed. This new analog/mixed integrated circuit provides a large-scale, high-density, and adaptive interface with the Bioware, which improves the real-time data processing and the low-noise acquisition of the extracellular signal.