中国科学院空天信息创新研究院吴一戎/宋轶琳/蔡新霞团队在柔性脑机接口研制方面取得重要进展。研发的双模双向柔性脑机接口神经微电极NeuroRevive-FlexChip，集成多巴胺实时监测、神经电活动记录和原位电刺激功能，发现了40 Hz微电流靶向刺激海马区后，诱发AD小鼠海马体神经元多巴胺释放和微观神经振荡，改善AD小鼠认知功能。在阿尔茨海默症精准干预和治疗靶点发现方面具有巨大的应用潜力。
在微纳传感技术创新研究群体和前沿交叉研判战略研究联合等项目支持下，相关成果以“Integrated dopamine sensing and 40 Hz hippocampal stimulation improves cognitive performance in Alzheimer’s mouse models”为题，发表在一区的学术期刊《Nature Communications》，论文的第一作者为博士研究生吕诗雅，通信作者为蔡新霞研究员，宋轶琳副研究员和吴一戎研究员。
研究背景
阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD），俗称老年痴呆，是一种以记忆衰退和认知功能进行性下降为特征的神经退行性疾病。随着人口老龄化，我国AD患者预计到2050年将超过3000万例，给社会和家庭带来沉重负担。科学家发现，这种病可能与大脑中一种叫“β-淀粉样蛋白”的有害物质堆积以及大脑中多巴胺系统的失调有关。但目前医学界还没有找到完全治愈的方法。现有的无创脑部电刺激治疗虽然有一定效果，但存在两个主要难题：一是难以精准刺激到大脑深部的关键区域，二是无法实时监测脑内化学物质的变化；并且，目前缺乏能够同时实现深脑精准刺激和电-化学监测的微型化器件。
PART2 研究亮点
团队研究发现，采用NeuroRevive-FlexChip进行40Hz电刺激，会诱发海马体多巴胺水平短暂升高，并呈现刺激结束后多巴胺“回落-再上升”的短期重启现象。在重启期内，神经元放电模式从簇状放电（burst firing），转变为持续性放电（tonic firing）。最终，经过治疗的AD小鼠在Y迷宫测试中的认知能力增强；微观神经分子与细胞分析也证实该干预可有效减少Aβ42沉积，并诱导小胶质细胞形态重塑。这一创新性技术实现了电生理-电化学双模态检测与神经调控的器件集成，为AD的精准干预和治疗靶点寻找提供了技术平台。该技术也有望突破现有AD治疗中深部脑区靶向性不足与多模式检测缺失的技术瓶颈，为阿尔茨海默症等难治性神经疾病精准治疗提供新型脑机接口技术手段，具有重要的科学意义和临床价值。
图1 双模双向柔性脑机接口深脑靶向刺激改善AD小鼠认知功能
图2 深脑靶向刺激引起海马体神经细胞多巴胺释放和微观神经振荡
PART3 关键技术
该深脑靶向柔性脑机接口NeuroRevive-FlexChip采用了先进的微电子机械系统（MEMS）技术，结合了聚对二甲苯柔性基底和双导电层设计，微电极检测位点具备20 μm和10 μm两种分辨率，使其能够同时在海马CA1区域进行高通量、细胞水平的神经电生理和递质电化学检测。研究人员基于电极表面纳米功能界面构筑技术，分别为电刺激和电化学检测设计了不同的修饰层，例如PtNPs/PEDOT:PSS/PPy/MWCNTs方案用于刺激，而PtNPs/PEDOT:PSS/MWCNTs方案用于检测，这显著提升了微电极的电容、电荷存储容量并降低了阻抗。
图3 柔性脑机接口NeuroRevive-FlexChip的神经电活动和多巴胺检测性能
讨论，总结与展望
该研究通过NeuroRevive-FlexChip首次在阿尔茨海默病模型小鼠中实现了对多巴胺释放、电生理活动与电刺激效应的多模式协同检测与调控，系统揭示了40 Hz电刺激诱导的神经环路功能重塑机制。研究发现，AD模型小鼠存在异常高频放电与多巴胺水平下调，40 Hz刺激能够有效提升多巴胺释放、抑制异常同步放电，并伴随行为改善与Aβ42负荷下降，构建了从神经递质调控到病理缓解的完整干预链条。此外，研究表明神经元放电模式的变化与多巴胺浓度动态呈高度耦合关系，提示刺激频率与内源性神经节律可能存在功能共振，为理解AD中神经调控节律失衡提供了新视角。该研究不仅验证了40 Hz神经调控的可行性与多层效应，也为多巴胺系统在AD中的作用机制提供了直接电化学证据。
该工作展示了柔性脑机接口神经微电极在神经退行性疾病研究中的巨大潜力，为实现精准、实时、闭环的神经调控提供了新范式。未来研究可基于此平台拓展至多递质（如谷氨酸、GABA、5-HT）联合检测，并集成多脑区同步采集与调控，解析更复杂的神经调控网络。
论文链接：Integrated dopamine sensing and 40 Hz hippocampal stimulation improves cognitive performance in Alzheimer’s mouse models | Nature Communications
（https://www.nature.com/articles/s41467-025-60903-1）
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