Les dispositifs optoélectroniques organiques possèdent plusieurs avantages pour les applications dans le domaine du biomédical. Le photodétecteur organique (OPD) est un type de dispositif optoélectronique qui n’est pas encore utilisé pour la détection d’activité cérébrale. L’objectif de cette thèse a été d’explorer l’utilisation des OPD, constitués de différent matériaux donneur-accepteur d’électrons, dans le domaine des neurosciences. Nous avons présenté différent types d’OPD possédant une structure minimale, une excellente sensibilité et un grand potentiel d’intégration dans les méthodes de microfabrication existantes. Les détecteurs organiques ont été utilisés pour l’enregistrement de signaux optiques intrinsèques et de signaux fluorescents reflétant l’activité du calcium dans le cerveau. De plus, un autre aspect des OPD est présenté (en combinaison avec les transistors électrochimiques organiques (OECT)) : des systèmes électroniques biomimétiques basé sur une architecture électronique neuro-inspirée. Cette thèse démontre le potentiel des OPD pour enregistrer des activités cérébrales. Elle ouvre une nouvelle perspective, grâce à leur grande sensibilité, comme capteur optique en combinaison avec des dispositifs neuronaux implantables. Ceci élargira les frontières de l’électrophysiologie optique pour explorer les mécanismes complexes du cerveau et des maladies neurodégénératives.