深部腦刺激（Deep Brain Stimulation, DBS）和功能磁共振成像（Functional magnetic resonance imaging，fMRI)聯(lián)用對解析DBS治療各類神經(jīng)類疾病的機理和效果有重要意義。傳統(tǒng)用于DBS的電極通常會導(dǎo)致磁場的嚴重扭曲，使得電極周圍的大面積部位被電極偽影遮擋從而不可見，嚴重影響結(jié)構(gòu)和功能MRI對大腦的成像和大腦活動的檢測。 

　　近日，北京大學(xué)工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系研究員段小潔研究組與中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類腦研究中心、中國科學(xué)院靈長類神經(jīng)生物學(xué)重點實驗室梁智鋒研究組合作，研制了一種基于石墨烯纖維的高度兼容MRI的DBS刺激電極，在帕金森癥大鼠模型上，實現(xiàn)了DBS下整腦范圍內(nèi)完整fMRI腦激活圖譜的掃描，發(fā)現(xiàn)了DBS治療帕金森癥效果與不同腦區(qū)激活的關(guān)聯(lián)關(guān)系。 

　　該石墨烯纖維DBS電極具有高于同尺寸鉑銥（PtIr，臨床DBS所用的材料）電極70倍的電荷注入容量。在9.4T高場MRI該電極都有比同尺寸PtIr電極小得多的偽影，且電極在施加連續(xù)大電流脈沖的條件下，表現(xiàn)出了高穩(wěn)定性。利用石墨烯纖維電極，以丘腦底核（subthalamic nucleus，STN）為刺激靶點的DBS，顯著提高了帕金森癥大鼠的運動能力，減輕了帕金森癥導(dǎo)致的運動障礙。 

　　實現(xiàn)全腦范圍內(nèi)fMRI腦激活圖譜的完整掃描對解析DBS治療神經(jīng)疾病的機理、理解DBS對大腦的神經(jīng)調(diào)控作用有重要價值。利用該電極，在帕金森癥模型大鼠中DBS-fMRI的同步聯(lián)用，得到了DBS激活的包括刺激靶點在內(nèi)的完整fMRI圖譜，發(fā)現(xiàn)帕金森大鼠運動速度的提高和大鼠運動皮層、內(nèi)側(cè)和外側(cè)蒼白球、丘腦底核和尾狀殼核的激活程度正相關(guān)，這些結(jié)果暗示了DBS的機理有可能是通過正向和反向激活運動回路實現(xiàn)的。 

　　該工作于4月14日在線發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》上（DOI: 10.1038/s41467-020-15570-9）。北京大學(xué)研究生趙思源、李根為文章的共同第一作者，段小潔、梁智鋒為文章的共同通訊作者。該工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科技部、中科院的支持。 

　　　　論文鏈接 

　　圖1. 高MRI兼容的石墨烯纖維電極 

　　圖2. 基于石墨烯纖維電極的DBS-fMRI聯(lián)用，以及DBS對大腦調(diào)控效應(yīng)研究。