Thèse : NANO-NEURO électronique pour suivre l’activité de milliers de neurones individuels dans le temp

Sujet de thèse :
• Résumé du projet de thèse.
Le suivi de l'activité à long terme dans les réseaux de neurones biologiques reste un défi majeur pour de multiples applications (fondamentales et médicales). Il est donc primordial de développer des technologies spécifiques qui permettront de suivre l'évolution de leur activité dans le temps, et à de multiples échelles spatiales et temporelles.
Actuellement, seuls l'imagerie calcique et les enregistrements extracellulaires denses permettent d'enregistrer simultanément l'activité de centaines de neurones. Cependant, elles sont limitées respectivement par la résolution temporelle ou leur faible biocompatibilité. A l'interface entre la nanoélectronique et la neurophysique, notre approche est basée sur la réalisation de matrices denses de transistors à effet de champ à base de graphène et de polymère conducteur. La combinaison de ces deux matériaux transparents et biocompatibles est une approche originale et très prometteuse pour l’enregistrement au long cours de l’activité d’une multitude de neurones individuels. Ces dispositifs seront appliqués à la mesure extracellulaire multivoie dans des cultures de neurones primaires. Ils offriront à la fois la possibilité d'évaluer les modifications d’activité au niveau du réseau de neurones et les événements locaux rapides tels que des potentiels d’action unitaires.

• Déroulement du projet de thèse.
Sur la base des précédents travaux de l’équipe, le projet est organisé autour de 3 tâches :
(1) la micro-fabrication de nanodispositifs électroniques innovants et la caractérisation de leurs propriétés de transport et de détection.
(2) Leur application à la mesure et l’adressage de l’activité électrique de réseaux de neurone (en culture cellulaire in-vitro).
(3) Et enfin, l’analyse des signaux collectés avec des algorithmes avancés de « spike sorting ».8 Cette dernière étape permettra d’inférer la connectivité fonctionnelle des réseaux de neurones, utile pour sonder des processus d'apprentissage et de plasticité neuronale. Le ou la doctorante mènera l’ensemble des tâches de 1 à 3 sous la supervision de ses trois encadrants.

• Compétences requises.
Ce sujet interdisciplinaire est à l’interface entre la nanophysique, l’électrophysiologie et les neurosciences, avec un ancrage fort en nanoélectronique, chimie et science
des matériaux et traitement de donné. Il est préférable d’avoir des bases solides dans l’un de ces domaines.
Contexte :
Le doctorant sera encadré par :
- Cécile Delacour (Institut Néel, CNRS)
- Yannick Coffnier (IEMN, CNRS)
- Pierre Yger (Lille Neuroscience & Cognition LilNCog, INSERM).
Des séjours entre les trois laboratoires seront prévus pour permettre le bon déroulement du projet.

Le candidat sera accueilli au sein de l'Institut Néel dans l'équipe Thermodynamique et Biophysique des petits systèmes. L'Institut NÉEL est une Unité propre de recherche du CNRS (UPR2940) conventionnée avec l'Univ
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