Une magnétrode avancée à capteur TMR pour l’enregistrement in vivo du champ magnétique des LFP

Écouter le cerveau sans toucher ses étincelles

Nos cerveaux bruissent de petites tempêtes électriques à chaque seconde, et apprendre à lire ces orages pourrait alimenter de futures interfaces cerveau‑machine permettant aux personnes de bouger, communiquer ou même jouer uniquement par la pensée. Cette étude présente une nouvelle façon d’écouter l’activité cérébrale, non pas en mesurant directement l’électricité, mais en détectant les faibles champs magnétiques créés par les cellules cérébrales, à l’aide d’un dispositif fin comme un cheveu appelé magnétrode.

Une nouvelle sonde cérébrale miniature

Les chercheurs ont construit une sonde miniature basée sur la magnétorésistance à effet tunnel (TMR), une technologie initialement développée pour des capteurs magnétiques avancés. La pointe active de leur dispositif ne mesure que quelques dizaines de micromètres de diamètre, assez petite pour être implantée dans le cerveau avec des dommages limités. Au lieu d’enregistrer la tension comme une électrode traditionnelle, cette magnétrode réagit aux faibles champs magnétiques produits lorsque des groupes de neurones d’une région voisine s’activent simultanément. Ces signaux combinés, appelés potentiels de champ local, reflètent la manière dont des réseaux de cellules cérébrales se coordonnent lors du mouvement, de la mémoire et des maladies. L’équipe a soigneusement façonné et interconnecté les éléments du capteur pour maintenir la sensibilité de la sonde tout en réduisant les décalages magnétiques indésirables, afin qu’elle puisse suivre les changements lents et rapides de l’activité cérébrale.

Voir les signaux cérébraux les plus faibles

Parce que les champs magnétiques émis par les neurones sont extrêmement faibles, le capteur doit être suffisamment silencieux pour les extraire du bruit électronique. Les auteurs ont mesuré les fluctuations aléatoires produites par l’appareil à différentes fréquences et réglages d’alimentation électrique. Ils ont constaté que le bruit à basse fréquence de type « 1/f » dominait la plage où se trouvent de nombreux rythmes cérébraux. En abaissant le courant de polarisation qui alimente le dispositif et en passant d’une excitation continue à une excitation alternative à haute fréquence, ils ont montré que ce bruit problématique peut être fortement supprimé. Les limites de détection obtenues, seulement quelques nanotesla à un cycle par seconde et encore plus faibles à des fréquences plus élevées, se comparent favorablement aux précédentes sondes magnétiques implantables et à des instruments de champ magnétique bien plus volumineux qui ne peuvent pas être implantés.

Tests avec signaux cérébraux artificiels et réels

Pour vérifier si leur sonde pouvait suivre fidèlement les potentiels de champ local, l’équipe a d’abord réalisé un test contrôlé en laboratoire. Un fil de cuivre fin, alimenté par un générateur de signaux neuronaux spécialisé, imitait les courants coordonnés d’un petit groupe de neurones. La magnétrode était placée près de ce fil à l’intérieur d’un conteneur blindé, et sa sortie était amplifiée, filtrée, puis reconstruite mathématiquement. Après traitement, le signal magnétique correspondait étroitement au motif de potentiel de champ local de référence, montrant que le capteur et son électronique pouvaient restituer la forme et le timing de ces rythmes cérébraux lents.

Écouter à l’intérieur d’un cerveau vivant

Le test le plus important a été réalisé chez des rats vivants. Les chercheurs ont implanté délicatement la magnétrode et une microélectrode standard à moins d’un dixième de millimètre l’une de l’autre dans l’hippocampe, une région cérébrale profonde impliquée dans la mémoire. Comme les deux dispositifs échantillonnaient presque le même groupe de neurones, les enregistrements électriques et magnétiques pouvaient être comparés directement. Sur plusieurs segments de 100 secondes, l’équipe a analysé l’intensité des différentes bandes de fréquence dans les deux signaux. Les spectres magnétique et électrique montaient et descendaient ensemble à travers les rythmes cérébraux clés, en particulier dans les plages thêta et bêta, et une mesure statistique de similarité restait élevée et cohérente. En revanche, les enregistrements effectués avec la magnétrode avant l’implantation, lorsqu’elle ne captait que le bruit de fond, montraient une bien moindre concordance avec les signaux électriques, confirmant que les traces magnétiques in situ reflétaient réellement l’activité neuronale.

Conçue pour survivre à l’environnement cérébral

Tout implant doit rester stable dans le liquide cérébrospinal chaud et salé. Pour tester la durabilité, les magnétrodes ont été immergées pendant une semaine dans un liquide cérébrospinal artificiel à température corporelle. L’équipe a mesuré à plusieurs reprises la réponse du dispositif à des champs magnétiques de test et l’évolution de sa résistance. Sensibilité et amplitude du signal ont dérivé de moins de quelques pourcents, suggérant que les couches protectrices autour du capteur bloquaient efficacement la corrosion et que la sonde pouvait fournir des mesures fiables sur les échelles de temps requises pour les expériences typiques.

Ce que cela signifie pour les futures interfaces cérébrales

Ce travail montre qu’un minuscule capteur magnétique implanté peut suivre les mêmes rythmes cérébraux que voient les électrodes standard, tout en tirant parti du fait que les champs magnétiques traversent les tissus de façon plus propre. Pour le grand public, l’idée clé est que l’activité cérébrale peut être surveillée non seulement en touchant ses charges électriques, mais aussi en ressentant leurs échos magnétiques. La magnétrode développée ici est compacte, sensible et suffisamment stable pour être utilisée comme un nouveau type d’écouteur du cerveau, enrichissant potentiellement les outils pour les interfaces cerveau‑machine et l’étude des troubles liés à des rythmes neuronaux anormaux.

Citation: Wang, Y., Luo, J., Zhang, C. et al. An advanced TMR sensor-based magnetrode for in vivo LFP magnetic field recording. Microsyst Nanoeng 12, 177 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01262-9

Mots-clés: enregistrement magnétique cérébral, potentiels de champ local, magnétorésistance à effet tunnel, interfaces neuronales, interface cerveau‑machine