Conception de nouvelles interfaces neurobiohybrides assurant la communication entre des réseaux de neurones vivants et artificiels : Vers des nouveaux implants biomimétiques

Design of new neurobiohybrid interfaces ensuring communication between living and artificial neural networks: Towards new biomimetic implants

• Auteur / Autrice : Anna Kobzar
• Direction : Virginie Hoel, Christel Vanbesien
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Electronique, microélectronique, nanoélectronique et micro-ondes
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie

Mots clés

Mots clés libres

Neurobiohybrides

Implants

Neurones

Neurobiohybrid

Neural

Implants

Résumé

A la croisée de l'intelligence artificielle, de la neuroingénierie et des neurosystèmes, ce travail de thèse s'appuie sur l'ingénierie neuromorphique et sur une boîte à outils brevetée contenant des neurones et synapses artificiels en technologie CMOS 65nm ultra-efficaces en énergie. La convergence de ces disciplines et la particularité des neurones artificiels uniques qui ont la même signature électrique que des neurones vivants ouvrent de vastes perspectives pour le développement de solutions matérielles « biomimétiques » à visée thérapeutique. Notre vision directrice se concentre sur le développement de nouvelles options thérapeutiques palliatives dans le contexte de maladies neurodégénératives (Dégénérescence Maculaire Liée à l'âge, DMLA, et maladie de Parkinson, MP). Ces travaux fondamentaux menés dans le cadre de la thèse ouvriront la voie à des thérapies plus efficaces de neuromodulation basées sur une nouvelle génération d'implants neuronaux adaptatifs aux fonctions optimisées. L'objectif à long terme est de mettre au point de nouveaux implants adaptatifs biomimétiques in vivo, autoalimentés, ultra-efficaces en énergie et dotés de capacités d'apprentissage pour offrir de nouvelles solutions à la neurodégénérescence. Il faut développer au préalable un modèle physiologique in vitro (une interface neurobiohybride) reproduisant l'environnement de l'organe ciblé chez le patient afin de démontrer qu'une communication bidirectionnelle en temps réel et économe en énergie entre neurones artificiels et vivants est possible.

At the crossroads of artificial intelligence, neuroengineering and neurosystems, this thesis work is based on neuromorphic engineering and a patented toolbox containing artificial neurons and synapses in ultra-energy efficient 65nm CMOS technology . The convergence of these disciplines and the particularity of unique artificial neurons which have the same electrical signature as living neurons open up vast prospects for the development of “biomimetic” material solutions for therapeutic purposes. Our guiding vision focuses on the development of new palliative therapeutic options in the context of neurodegenerative diseases (Age-Related Macular Degeneration, AMD, and Parkinson's Disease, PD). This fundamental work carried out as part of the thesis will pave the way for more effective neuromodulation therapies based on a new generation of adaptive neural implants with optimized functions. The long-term goal is to develop new biomimetic adaptive implants in vivo, self-powered, ultra-energy efficient and equipped with learning capabilities to offer new solutions to neurodegeneration. It is necessary to first develop an in vitro physiological model (a neurobiohybrid interface) reproducing the environment of the targeted organ in the patient in order to demonstrate that real-time, energy-efficient bidirectional communication between artificial and living neurons is possible.