深度脑刺激疗法受益于石墨烯纤维电极

神经组织的电刺激形成了当前和新兴的神经假体和疗法的基础，可以帮助减轻诸如帕金森氏病相关的侵入性震颤等症状。深部脑刺激（DBS）是许多神经系统疾病的有效治疗方法，但是尽管得到了广泛的应用，但对DBS的潜在机制和下游作用仍知之甚少。

理解DBS的治疗机制的一个主要问题是在局部和全局水平上绘制各种各样的大脑反应图。

“同时进行的DBS和功能性磁共振成像-fMRI；一种在全脑范围内绘制大脑空间激活模式的强大工具-可以为我们提供关于大脑功能S和连接性模式以及功能调节作用和治疗机制的宝贵见解北京大学工学院生物医学工程学系副教授段晓杰告诉Nanowerk。“但是，传统的DBS电极引起的伪像阻止了大脑激活模式的完整映射。”

常规的DBS金属电极，例如由PtIr制成的金属电极，是临床上最常用的材料，会引起强烈的磁场干扰并产生明显的伪影，从而阻碍了围绕电极的大量脑组织的功能映射。当使用fMRI研究DBS的神经调节作用时，这会阻止研究人员获得完整的激活模式。

Duan和她的合作者旨在开发一种技术，该技术可在DBS下提供完整的大脑激活图，以说明神经调节作用并有助于揭示DBS的机制。

他们现在在《自然通讯》上发表文章（“通过同时进行的深部脑刺激和带有石墨烯纤维电极的fMRI进行全激活模式作图”），开发了一种与MRI高度兼容的石墨烯纤维电极，该功能可在DBS下通过fMRI进行完全激活模式作图。

这些完整的地图提供了DBS如何调节大脑的全面图片，对于揭示DBS治疗的神经调节作用非常重要。

石墨烯纤维电极除了在各种解剖学和功能性MRI图像中几乎没有显示伪影外，还显示出高的电荷注入能力和刺激稳定性，这对于DBS电极很重要。

使用石墨烯纤维双极微电极进行DBS-fMRI研究的示意图。（经Springer Nature许可转载）

Duan说：“ DBS中石墨烯纤维电极的使用使完整的激活模式映射成为可能。” “我们检测到血液氧合水平依赖性（BOLD）反应，这是一个信号，表明大脑在多个皮层和皮层下区域的激活。其中某些区域的BOLD反应以前无法用传统金属电极检测到。他们的大神器。”

该团队的平台可作为进行DBS治疗的神经调节作用和治疗机制的转化研究的有力工具。

Duan指出：“随着进一步的发展和认真的安全评估，石墨烯纤维电极技术甚至有可能作为DBS电极用于患者。” 结合MRI，可以预测DBS治疗的临床效果并优化临床结果。”

研究人员指出，利用石墨烯纤维电极技术进行的DBS-fMRI研究广泛适用于其他靶标或神经回路。因此，他们计划在其他疾病的DBS-fMRI研究中使用石墨烯纤维电极，特别是在治疗难治性抑郁症方面。

研究小组希望，在DBS下使用石墨烯纤维电极在不同目标上并具有不同的刺激频率和强度的全脑激活模式作图，可以为开发有效的DBS治疗抑郁症提供重要的见识。

尽管当前的研究使用麻醉的动物进行fMRI定位，但正常（清醒）和fMRI（麻醉）之间的生理状态差异可能会限制DBS治疗效果的所有潜在神经相关性的检测。对于以后的研究，清醒动物功能磁共振成像的应用将有利于提供DBS治疗的电路机制的更详细线索。

Duan总结说：“为了改善DBS-fMRI研究，我们首先需要解决清醒和麻醉状态之间的生理状态差异。” “此外，我们需要克服的另一个挑战是如何提高DBS的刺激选择性和长期稳定性。我们还致力于改善电极设计和材料。” 信息来源： Nanowerk