Une nouvelle interface cerveau-machine ultramince ouvre la voie vers une communication discrète et à haut débit avec le cortex – avec des conséquences thérapeutiques claires pour l’épilepsie, les lésions de la moelle épinière, la SLA, l’accident vasculaire cérébral et la cécité. Une équipe de recherche de l’Université Columbia et du NewYork-Presbyterian Hospital, avec des partenaires de Stanford et de l’Université de Pennsylvanie, a développé un système qui crée une connexion sans fil rapide entre le cortex cérébral et des ordinateurs externes, sans capsules d’électronique encombrantes et sans câbles passant à travers le crâne. La clé réside dans la miniaturisation extrême et l’intégration monolithique : l’ensemble du système tient sur une seule plaquette de silicium qui peut être amincie et pliée pour reposer sur la surface du cerveau comme du papier, réduisant ainsi l’invasivité de l’intervention au minimum, et augmentant le débit de données à des niveaux nécessaires pour le fonctionnement d’algorithmes avancés d’apprentissage automatique.

Pourquoi BISC est différent : de la « boîte de conserve électronique » à une seule plaquette

La plupart des systèmes BCI médicaux de dernière génération utilisent plusieurs modules microélectroniques séparés – amplificateurs, convertisseurs A/N, logique de commande et émetteurs-récepteurs radio – logés dans une « boîte » implantée relativement grande avec des câbles passant à travers le crâne ou vers la cage thoracique. Une telle architecture augmente l’invasivité, crée des voies potentielles d’infection et limite la bande passante. BISC brise ce modèle. L’interface entière – de 65 536 microélectrodes dans la matrice (µECoG) en passant par les frontaux analogiques et les convertisseurs A/N jusqu’aux émetteurs-récepteurs radio, l’alimentation et la commande numérique – se trouve sur une seule plaquette CMOS monolithique amincie à l’épaisseur d’un cheveu. La plaque est posée de manière sous-durale sur le cortex, sans pénétrer dans le tissu, ce qui réduit la réactivité et simplifie la chirurgie.

L’implant s’appuie énergétiquement et au niveau des données sur une « station relais » externe portable qui délivre sans fil la puissance et reçoit les données. La connexion est réalisée par radio à ultra-large bande (UWB) avec un émetteur-récepteur sur puce ; en pratique, cela permet un débit de l’ordre de centaines de mégabits par seconde, suffisant pour l’enregistrement simultané de milliers de canaux à haute résolution temporelle et pour une interaction bidirectionnelle « lecture-écriture » (stimulation et enregistrement) sur le cortex.

Évolutivité au niveau de l’industrie des semi-conducteurs

La force de BISC réside dans le fait qu’il n’est pas produit comme un « patchwork » assemblé à la main, mais par des procédés standards de l’industrie des semi-conducteurs. La puce est fabriquée dans un processus 0,13-µm BCD (combinaison de processus bipolaires, CMOS et DMOS) qui permet la coexistence d’une analogie précise à faible bruit, d’une logique numérique, d’une gestion de puissance et de sorties puissantes pour la stimulation sur le même cristal. On obtient ainsi une densité de fonctionnalité jusqu’alors inouïe : une matrice de microélectrodes de 256×256 contacts, 1 024 canaux d’enregistrement simultanés et jusqu’à 16 384 canaux programmables pour la stimulation, ensemble avec des sous-systèmes radio et énergétiques – le tout dans un volume de l’ordre de millimètres cubes et avec une épaisseur totale de l’assemblage qui peut être réduite à quelques dizaines de micromètres. Comme tout est fabriqué en lithographie standard, la plateforme est adaptée à la production en série et à l’augmentation progressive du nombre de canaux sans changement de l’architecture de base.

Haut débit sans fil : pourquoi 100 Mbps est important

Dans les applications cliniques et de recherche BCI, il est crucial de « capturer » autant d’informations que possible sur les intentions, la perception et les états du cerveau, et cela demande à la fois une haute résolution spatiale et une haute résolution temporelle. La connexion UWB de BISC atteint déclarativement environ 100 Mb/s de débit agrégé, et ce sans fils physiques entre le cortex et l’ordinateur. Ce chiffre n’est pas seulement une donnée d’ingénierie sur le papier : une telle largeur de bande permet l’exécution d’algorithmes avancés d’apprentissage automatique et profond sur des signaux presque bruts, sans compression agressive et sans perte des finesses nécessaires pour décoder les nuances de mouvement, de parole ou de perception. La station relais communique avec l’ordinateur via des protocoles sans fil standards, ce qui simplifie l’intégration dans les flux de travail existants à l’hôpital et au laboratoire.

Du laboratoire vers l’hôpital : statut des études au 10 décembre 2025

Sur le chemin de l’application en clinique, l’équipe a développé une chirurgie minimalement invasive dans laquelle la puce amincie est introduite par une petite craniotomie et « glissée » dans l’espace sous-dural, directement sur le cortex. Dans des modèles précliniques, la stabilité de l’enregistrement à long terme du cortex moteur et visuel a été confirmée. Des ondes progressives dans la bande gamma dans le cortex visuel, qui portent une abondance d’informations sur les stimuli, ont également été enregistrées, ce que les systèmes typiques à basse résolution ne peuvent pas enregistrer. Parallèlement, de courtes études intraopératoires sur des humains sont menées, axées sur la qualité du signal, la robustesse de la communication et la sécurité de la position de l’implant pendant les interventions neurochirurgicales.

Pour l’épilepsie, il existe des plans concrets : les équipes neurochirurgicales et neurologiques du centre NewYork-Presbyterian/Columbia ont déclaré des essais d’utilisation de BISC chez des patients souffrant d’épilepsie pharmacorésistante. L’idée est d’utiliser la haute résolution spatio-temporelle pour la cartographie précise des foyers, la prédiction des crises et, à long terme, la stimulation ciblée qui atténue les modèles pathologiques avant qu’ils ne se transforment en crise clinique.

Potentiel clinique : du contrôle des crises au retour de la vue et de la parole

Bien que le focus initial soit sur l’épilepsie, la technologie est applicable à une série d’autres états. Dans la paralysie après une lésion de la moelle épinière ou un accident vasculaire cérébral, la haute densité d’électrode et le débit ouvrent l’espace pour le décodage de l’intention de mouvement et la commande d’exosquelettes ou la stimulation électrique fonctionnelle. Dans la sclérose latérale amyotrophique, un système BCI avec une telle résolution peut servir de base pour des interfaces de communication rapides, et en ophtalmologie et neuro-ophtalmologie, la stimulation bidirectionnelle sur le cortex peut devenir la base pour des prothèses visuelles de plus grande résolution spatiale. Enfin, les technologies de décodage de la parole avec un haut débit de flux de données ont déjà montré qu’elles peuvent reconstruire une parole plus naturelle et expressive en temps réel, ce qui ouvre une voie importante vers le rétablissement de la communication pour les personnes qui l’ont perdue.

Comment fonctionne BISC : une courte « pile » de l’électrode au cloud

• Matrice µECoG : disposition 256×256 de microélectrodes à haute densité repose sur la surface du cortex et « lit » de manière capacitive/ohmique les potentiels de champ locaux, avec une pénétration minimale dans le tissu.


• Frontal analogique : chaque canal d’enregistrement contient un amplificateur à faible bruit, des filtres programmables et des convertisseurs A/N optimisés pour les signaux bioélectriques.


• Gestion et traitement : sur la puce se trouve un contrôleur avec son propre jeu d’instructions qui gère le multiplexage, les modèles de stimulation et la mise en paquets des données.


• Alimentation et RF : alimentation sans fil inductive/capacitive et émetteur-récepteur UWB pour la communication bidirectionnelle avec l’unité relais portable ; le relais utilise un accès standard 802.11 vers l’ordinateur.


• Couche logicielle : API et outils d’apprentissage automatique qui permettent le décodage de la motricité, de la parole et de la perception ainsi que l’implémentation de boucles fermées de stimulation.

Décisions d’ingénierie qui font la différence

Épaisseur et flexibilité. Une plaquette amincie à ~50 µm (dans certaines versions même jusqu’à ~15–25 µm d’épaisseur totale avec encapsulation) peut glisser entre la dure-mère et la calvaria sans créer de pression volumétrique sur le parenchyme et s’adapter formellement aux circonvolutions du cortex. L’intégration monolithique supprime les câbles et les connecteurs, réduit les points de défaillance et apporte une économie de volume significative. La largeur de bande de l’ordre de 100 Mb/s est un saut qualitatif – elle permet le « streaming » de données neuronales en temps réel et une base pour des boucles fermées de stimulation. L’efficacité énergétique et la gestion de la puissance sont conçues de manière à ce que la dissipation reste dans des limites sûres pour le tissu neuronal, avec une surveillance constante de la température et de l’intégrité du signal.

Comparaison avec d’autres approches BCI

L’écosystème BCI est diversifié : des matrices de micro-aiguilles pénétrantes profondes aux réseaux épiduraux et sous-duraux et aux systèmes complètement non invasifs. Les matrices pénétrantes (par ex. fils implantés par robot) donnent une très haute résolution locale, mais comportent un risque chirurgical plus élevé et une réactivité tissulaire à long terme. Les systèmes épiduraux et sous-duraux sont moins invasifs, mais ont traditionnellement offert une résolution et un débit inférieurs. BISC combine les avantages des deux mondes : contact sous-dural et doux avec le cortex et densité de canaux qui entre dans le territoire des reconstructions à haute résolution – tout en évitant les conduits transocorticaux permanents et les capsules d’électronique volumineuses. Pour les cliniciens, cela signifie une mise en place plus facile, pour les ingénieurs une plus grande évolutivité, et pour les patients potentiellement un rétablissement plus rapide et un risque d’infection moindre.

De la DARPA à la startup : le chemin de la commercialisation

Le développement de BISC a été encouragé dans le cadre de programmes axés sur des interfaces à haute résolution avec un grand nombre de canaux d’enregistrement et de stimulation, dans le but de rendre le pont entre le cerveau et les systèmes numériques aussi large que possible et en même temps sûr. Les chercheurs ont ensuite lancé le transfert industriel par le biais de la société nouvellement fondée Kampto Neurotech, qui produit des versions de la puce prêtes pour la recherche et travaille au développement ultérieur de la plateforme pour répondre aux exigences des essais sur l’homme. L’approche industrielle de la production à l’échelle du wafer et des métriques comme la densité d’électrodes par millimètre cube se distingue comme un différenciateur par rapport aux systèmes existants.

Sécurité, biocompatibilité et réglementation

L’une des raisons du choix de la configuration sous-durale est la réduction de la réactivité tissulaire et des micromouvements qui dégradent le signal avec le temps. Ce faisant, on utilise des diélectriques flexibles (par ex. parylène, polyimide) et des concepts d’encapsulation hermétiques qui n’augmentent pas la rigidité de l’assemblage. Les densités énergétiques et les flux thermiques sont conçus de manière à ne pas dépasser les limites de sécurité pour le tissu neuronal, tandis que l’ensemble du système est conçu pour fonctionner en circuit fermé avec surveillance de l’intégrité du signal et détection des erreurs. Du côté réglementaire, la voie standard s’annonce : évaluation de la biocompatibilité des matériaux, vérification de la compatibilité électromagnétique, validation du logiciel ainsi que des études cliniques qui doivent démontrer la sécurité et l’utilité dans des indications clairement définies.

L’IA comme « seconde moitié » du système

Une BCI à haut débit sans algorithmes puissants reste seulement un « microphone » pour le cerveau. BISC est conçu pour la collaboration avec des modèles d’apprentissage automatique qui travaillent sur des courants de champs locaux et potentiellement sur des connexions avec des représentations visuelles, somatosensorielles et motrices. Dans le décodage de la motricité, la disposition dense des contacts facilite l’apprentissage de la cartographie de l’intention de mouvement en commandes pour des prothèses ou des exosquelettes. Dans la parole, la combinaison d’un échantillonnage spatial dense et d’une connexion sans fil stable permet aux systèmes de reconstruire une parole continue et expressive en temps quasi réel. Dans la perception, la grande largeur de bande et la bidirectionnalité créent des conditions préalables pour des boucles fermées dans lesquelles les algorithmes non seulement lisent mais stimulent aussi de manière ciblée pour corriger des modèles pathologiques.

Ce que cela signifie pour la clinique dans les années à venir

Dans l’épilepsie : cartographie plus fine des réseaux qui génèrent des crises, prédicteurs basés sur des modèles profonds et potentiel de boucle fermée de stimulation pour prévenir les crises. Dans les déficits moteurs : canaux « de la pensée au mouvement » plus rapides et contrôle plus précis de plusieurs degrés de liberté. Dans la communication : parole plus naturelle et plus rapide générée à partir de l’activité neuronale, incluant les nuances d’expression. Dans les troubles visuels : fondations pour des prothèses corticales avec un plus grand nombre d’espaces de stimulation. Tout cela dépend de preuves de sécurité et de robustesse sur de plus longues périodes, de la durabilité de l’alimentation sans fil et de la capacité du système à maintenir à long terme un rapport signal/bruit favorable sans changements cicatriciels à l’interface tissu-électrode.

Spécifications techniques et chiffres (contexte pour experts)

• Densité d’électrodes : 256×256 (65 536 contacts) dans la matrice µECoG ; enregistrement simultané ≥1 024 canaux ; stimulation jusqu’à 16 384 canaux avec modèles programmables.


• Liaison radio : UWB avec un débit binaire agrégé d’environ 100 Mb/s ; la station relais se comporte envers l’ordinateur comme un appareil 802.11.


• Technologie de fabrication : 0,13-µm BCD (intégration monolithique de l’analogique, du numérique, de l’alimentation et de la RF).


• Mécanique : cristal aminci d’une épaisseur de ~50 µm (total avec encapsulation ~25–50 µm), flexible pour la pose sous-durale ; surface de la puce de l’ordre de millimètres carrés ; volume ~3 mm³.


• Logiciel : propre « jeu d’instructions », API et outils pour le décodage de l’intention, de la perception et de l’état ; boucle fermée de stimulation supportée.


• Résultats précliniques : enregistrements chroniques (semaines–mois) chez des porcs et des primates non humains avec décodage de la motricité et de la perception ; enregistrements intraopératoires chez l’homme en cours.

Questions ouvertes et limites

Combien de temps l’impédance des électrodes et le rapport signal-bruit restent-ils stables ? Comment assurer l’herméticité à long terme sans augmenter la rigidité ? À quel rythme la consommation augmente-t-elle par rapport au nombre de canaux actifs et comment cela affecte-t-il le bilan thermique ? La connexion sans fil peut-elle gérer de manière fiable l’environnement hospitalier électromagnétiquement « pollué » ? Comment intégrer la cybersécurité et la confidentialité des données dès le premier jour ? Et enfin, comment valider les décodeurs pour qu’ils soient robustes aux changements à long terme de la neurophysiologie et du comportement des patients ? Les réponses à ces questions décideront si BISC peut franchir la limite d’une plateforme prometteuse à un outil neurochirurgical standard.

En somme, avec l’apparition d’une BCI monocomposant, ultramince et sans fil qui apporte toute la « chaîne de signal » sur une seule puce, le cerveau obtient un « portail » de communication à haut débit. Si les études cliniques à venir confirment la sécurité et l’effet dans des maladies comme l’épilepsie, la paralysie ou la perte de la vue, la prochaine vague de neurotechnologie pourrait entrer silencieusement des laboratoires dans les salles de neurochirurgie et – pas à pas – dans la vie quotidienne.