神经电刺激是研究脑功能和干预神经精神疾病的重要手段，但长期以来，研究人员始终面临一个关键难题：一方面，传统电极可以完成刺激和记录；另一方面，磁共振成像能够提供全脑范围内的功能、结构和代谢信息。然而，传统金属电极在高场MRI中容易产生显著伪影，同时其力学性能与柔软脑组织差异较大，影响成像质量和器件长期稳定性，制约了对神经调控机制的深入研究。

针对上述挑战，复旦大学孙雪梅联合彭慧胜/王守岩/张孝勇等研制出一种MRI兼容柔性纤维生物电子器件(MFE)，实现了神经电刺激与多模态磁共振成像的有效结合，为从全脑尺度解析神经电刺激作用机制提供了新工具。该器件由导电聚合物纤维构成，具有与脑组织高度接近的磁化率（−9.23 ppm）和杨氏模量（328 kPa），在11.7 T超高场强MRI中几乎不产生明显伪影，并展现出优异的电化学性能，包括低阻抗、高电荷存储容量以及高电荷注入能力（14.3 mC cm⁻²），既能完成精准的神经电刺激和电生理记录，又不干扰MRI成像，为神经调控多模态研究提供了新工具。

图1：基于MRI兼容纤维神经电极（MFE）的多模态神经调控机制研究示意图和照片。

图2：MRI兼容纤维神经电极（MFE）具有与脑组织相近的磁化率，在11.7 T MRI下产生的伪影面积与金属电极相比显著降低。

研究团队将该器件植入自闭症模型大鼠的内侧前额叶皮层，并与功能磁共振成像（fMRI）、扩散加权成像（DWI）和磁共振波谱（MRS）结合，进行了同步神经电刺激与多模态MRI，从脑区神经活动、组织微结构和代谢物变化等多个维度，系统评估电刺激诱发的全脑响应。过去，这些信息往往难以在同一套神经调控研究框架中被完整获取；现在，这根“几乎隐身”的柔软纤维与磁共振成像一起，把“看功能、看结构、看代谢”串联起来。研究结果发现，不同频率的电刺激会引发不同的全脑响应，其中高频刺激能够调节多个与自闭症相关的脑区活动，对自闭症展现出潜在的干预价值。

图3：MRI兼容纤维神经电极与功能磁共振成像、弥散加权成像、磁共振波谱联用，研究神经电刺激对自闭症模型大鼠全脑活动的影响。

如今，神经调控已经被用于帕金森病、抑郁症等多种脑疾病治疗，但电刺激究竟如何影响全脑网络，仍有诸多问题亟待研究解决。未来，这类MRI兼容的柔性纤维生物电子器件有望成为连接神经电刺激、电生理记录与全脑成像的重要桥梁，为脑科学基础研究、神经调控机制解析以及相关脑疾病精准干预提供新的技术支撑。

该成果以MRI-compatible soft fiber bioelectronics for multimodal assessment of electrical neural stimulation on whole-brain activation为题发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR），复旦大学聚合物分子工程全国重点实验室、高分子科学系、纤维电子材料与器件研究院孙雪梅教授、彭慧胜院士，复旦大学类脑智能科学与技术研究院、神经调节与脑机接口研究中心、教育部脑科学前沿研究中心王守岩研究员、张孝勇青年研究员为论文通讯作者；李雯君、李霄、杨海波为论文共同第一作者。

论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwag325