生物研究领域科学家常用深层大脑刺激（DBS）和功能磁共振成像（fMRI）联合使用的方法，研究大脑网络之间的连接，分析深层大脑刺激治疗各类神经类疾病的机理。传统用于深层大脑刺激的电极通常会造成磁场的严重扭曲，导致电极的伪影遮挡了其周围大面积的部位，从而影响了磁共振成像对大脑的成像和大脑活动的检测效果。

近日，北京大学段小洁课题组及合作者在MRI兼容神经电极及DBS-fMRI联用揭示DBS对大脑调制效应方面取得重要进展。该课题组研制了一种基于石墨烯纤维的高度兼容MRI的DBS刺激电极，在帕金森症大鼠模型上，实现了DBS下整脑范围内完整fMRI脑激活图谱的扫描，发现了DBS治疗帕金森症效果与不同脑区激活的关联关系。这项工作以“Full activation pattern mapping by simultaneous deep brain stimulation and fMRI with graphene fiber electrodes”为题，于2020年4月14日在线发表于学术期刊Nature Communications。

制备石墨烯纤维的原材料是氧化石墨烯（购买自先丰纳米，产品编号XF002-2）。这款产品为粉末状态，研究者将其配置成8 mg mL-1的GO水悬浮液，然后用注射器注入两端密封、内径为0.9mm的玻璃管中，在230°C下烘烤2小时。然后用氮气气流从管道中移出石墨烯纤维，并在空气中干燥，最后得到直径为75μm的石墨烯纤维。

图1 为石墨烯纤维的表征照片

临床上常用的DBS电极是铂铱（PtIr），然而在同尺寸情况下，该石墨烯纤维DBS电极的电荷注入容量是铂铱的70倍。在9.4T高场MRI下，无论是T2权重的功能成像序列，还是T2权重的结构成像序列，在电极产生伪影面积大小比较上，石墨烯纤维电极都有比同尺寸PtIr电极小得多，且电极在施加连续大电流脉冲的条件下，石墨烯纤维电极也表现出高稳定性。

图2相同尺寸下石墨烯电极和铂铱电极的成像照片。b,d为石墨烯纤维电极，c,e为铂铱电极

该课题组利用石墨烯纤维电极，以丘脑底核为刺激靶点的深层大脑刺激，显著提高了帕金森症大鼠的运动能力，减轻了帕金森症导致的运动障碍，为后续DBS对大脑调制方面的工作做出了重要贡献。