Communication entre une future neuroprothèse biomimétique à spike et un réseau de neurones vivants : design, caractérisation et modélisation d'un modèle physiologique in vitro // Communication between a future biomimetic spike neuroprosthesis and a networ

Le projet interdisciplinaire dans lequel va se dérouler la thèse s'appelle Interconnect. Il regroupe 3 domaines de recherche (Neurosciences, BioMems, Nanoélectronique) et s'appuie sur un partenariat entre 2 équipes de l'IEMN, à savoir CSAM et BioMEMS. Ce projet à la croisée de l'IA, de la neuroingénierie et des neurosystèmes se positionne au niveau des innovations dans le secteur des technologies neuromorphiques et des dispositifs médicaux implantables. Il y a deux défis à adresser d'un point de vue scientifique.

Le premier défi porte sur le développement d'une nouvelle génération d'implants électroniques, à savoir des neuroprothèses à base de neurones et de synapses artificiels matériels. En termes de propriétés, il s'agira de développer des neuroprothèses neuromorphiques adaptatives biomimétiques embarquées in vivo, autoalimentées, efficaces en énergie et dotées de capacités d'apprentissage pour offrir de nouvelles solutions adressant différentes pathologies (ex : neurodégénérescence, hallucinations pharmaco-résistantes chez les patients schizophrènes, …).

Le second défi porte sur la nécessité de développer un modèle physiologique in vitro, encore appelé une interface neurobiohybride, reproduisant l'environnement du cerveau et permettant de démontrer qu'une communication bidirectionnelle en temps réel et économe en énergie est possible entre la neuroprothèse et les neurones vivants. Ces actions se font en parallèle du développement d'un banc de caractérisation sous pointes, intégrant de l'imagerie calcique, fonctionnant en analogique, en temps réel, et adapté à la mesure de réponses électriques émises par des cellules/tissus en culture in vitro au sein de nouveaux systèmes neurobiohybrides.

Les travaux de la thèse se concentreront sur les actions autour de l'interface neurobiohybride et sur la nécessité de tester des nouveaux types cellulaires cibles des maladies adressées, dans le but d'apporter un traitement aux dysfonctions du système nerveux identifiées (par exemple dans des contextes de maladies neurodégénératives).

Ces actions sont en partie soutenues par le projet interdisciplinaire LOOP (closed Loop neurOtechnologies: from sensOrs to aPplications). Ce projet CDP vise à réunir les forces théoriques, technologiques et cliniques de l'Université de Lille dans le domaine des neurotechnologies, plus précisément celles impliquées dans les différentes étapes de la conception, du test et de la validation de dispositifs capables d'imiter et de restaurer la physiologie cérébrale, dans le but ultime de soulager les symptômes psychiatriques graves.

Ces actions bénéficient également du support du projet GRAEL (Graduate Research And Education in Lille) qui représente une initiative ambitieuse visant à aligner l'offre de formation de l'Université de Lille sur sa stratégie de développement en recherche et à l'international. Ce projet est financé par France 2030 dans le cadre de l'appel à projets « Structuration de la formation par la recherche dans les initiatives d'excellence » (SFRI).

Enfin, le projet bénéficie d'un contexte très dynamique puisque l'Université de Lille fait partie de l'Alliance européenne NeurotechEU, et que l'institut Cerveau-Société-Technologie sera officiellement créé le 30/03/2026.
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The interdisciplinary project in which the thesis will be carried out is called Interconnect. It brings together three areas of research (neuroscience, BioMEMS, nanoelectronics) and is based on a partnership between two teams at IEMN, namely CSAM and BioMEMS. This project, at the crossroads of AI, neuroengineering and neurosystems, is positioned at the forefront of innovation in the field of neuromorphic technologies and implantable medical devices. There are two challenges to be addressed from a scientific point of view.

The first challenge concerns the development of a new generation of electronic implants, namely neuroprostheses based on artificial neurons and synapses. In terms of properties, the aim will be to develop adaptive biomimetic neuromorphic neuroprostheses that are embedded in vivo, self-powered, energy-efficient and have learning capabilities to offer new solutions applicable to different pathologies (e.g. neurodegeneration, drug-resistant hallucinations in schizophrenic patients, etc.).

The second challenge concerns the need to develop an in vitro physiological model, also known as a neurobiohybrid interface, which reproduces the brain environment and demonstrates that real-time, energy-efficient, bidirectional communication is possible between the neuroprosthesis and living neurons. These actions are being carried out in parallel with the development of a characterisation bench under probes, integrating calcium imaging, operating in analogue mode, in real time, and adapted to measuring electrical responses emitted by cells/tissues in vitro culture within new neurobiohybrid systems.

The thesis work will focus on actions around the neurobiohybrid interface and on the need to test new cell types targeted with identified neurodegenerative diseases.

These actions are partly supported by the Cross Disciplinary Project LOOP (closed Loop neurOtechnologies: from sensOrs to aPplications). This CDP project aims to bring together the University of Lille's theoretical, technological and clinical forces in neurotechnology, more specifically those involved in the different stages of designing, testing and validating devices that can mimic and restore brain physiology, with the ultimate goal of relieving severe psychiatric symptoms.

These actions also benefit from the support of the GRAEL (Graduate Research And Education in Lille) project, an ambitious initiative aimed to align the University of Lille's educational offering with its research and international development strategy. This project is funded by France 2030 as part of the call for projects ‘Structuring education through research in initiatives of excellence' (SFRI).

Finally, the project benefits from a very dynamic context, as the University of Lille is part of the european NeurotechEU Alliance, and the Brain-Society-Technology Institute will be officially created on 30/03/2026.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Plan Investissement d'Avenir (Idex, Labex)

Université de Lille

632 ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

Le ou la candidate devra démontrer une grande motivation pour les projets interdisciplinaires, un intérêt pour les neurosciences, les solutions neuromorphiques matérielles, et le domaine de la santé. Il est attendu également de faire preuve d'autonomie, d'une grande qualité d'écoute et de dialogue, montrant une bonne approche des questions scientifiques. Cela pourra être accompagné par une ouverture d'esprit face à des sujets nouveaux permettant une bonne compréhension des enjeux et une aspiration pour l'expérimentation. Au niveau des qualités personnelles, la ténacité, le dynamisme, et la maitrise des savoirs être permettant des interactions dans un environnement professionnel seront un plus. Il s'agit de compétences nécessaires et attendues pour mener à bien un travail de thèse interdisciplinaire. Ainsi, les candidats et candidates enthousiastes, dotés de bonnes capacités d'analyse et de communication, sont encouragés à postuler. Une solide expérience dans le domaine des dispositifs électroniques, de la conception de circuits et/ou dans le domaine des neurosciences serait un avantage. Il en va de même pour les compétences en culture de cellules neuronales et/ou en électrophysiologie. Une formation complète sur les autres aspects sera fournie dans l'environnement multidisciplinaire de l'Université de Lille. Le doctorant ou la doctorante recruté sera affilié au programme gradué correspondant à sa thématique. Les candidatures d'étudiants ou d'étudiantes issus d'un parcours de master appartenant à un programme gradué seront considérés avec attention.
The candidate must demonstrate strong motivation for interdisciplinary projects and an interest in neuroscience, neuromorphic hardware solutions and the field of health. They are also expected to demonstrate autonomy, excellent listening and communication skills, and a good approach to scientific issues. This may be accompanied by an opened mind towards new subjects, enabling a good understanding of the issues at stake and a desire to experiment. In terms of personal qualities, tenacity, dynamism, and social skills enabling interaction in a professional environment will be an advantage. These are necessary and expected skills for successfully completing an interdisciplinary thesis. Enthusiastic candidates with good analytical and communication skills are therefore encouraged to apply. Solid experience in the field of electronic devices, circuit design and/or neuroscience would be an advantage. The same is valid for skills in neuronal cell culture and/or electrophysiology. Comprehensive training in other aspects will be provided in the multidisciplinary environment of the University of Lille. The doctoral student recruited will be affiliated with the graduate programme corresponding to his or her research topic. Applications from students who have completed a master's programme belonging to a graduate programme will be given careful consideration.