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神经调控是研究神经活动如何影响大脑功能的一种技术,也是认识脑功能、干预脑疾病的重要工程技术手段。神经调控常用的方法包括电刺激、磁刺激、光刺激、机械刺激等,其各具优缺点,而具有微创、高时-空分辨率特点的调控方式是神经调控的发展方向和必然趋势。近红外激光（near-infrared,NIR）已被广泛应用于神经调控中,且被证实具有非接触和作用范围可控等优点。研究已证实NIR通过激光与组织的热作用既可以直接激活神经元而诱发神经响应,又能够可逆地抑制神经元活动或选择性地阻断神经信号传导。目前,近红外神经调控的实验研究对象主要是集中在外周神经系统、体外培养的神经元和中枢神经系统浅表层,在中枢神经系统中则更多关注了近红外光照范围内神经元响应。神经功能依赖神经元及神经核团之间存在的网络连接和神经信号传导。但是,NIR引起的神经响应和功能状态变化如何通过通路中神经传导而间接影响其他神经元、神经核团还知之甚少,近红外诱发的神经响应能否沿着中枢通路向其他核团进行传导则尚未证实。在国家自然科学基金（NSFC31271060、31872751）的支持下,本文将具有更高组织穿透深度的短波近红外（Short Wave Near-infrared,SW-NIR）应用于调控中枢神经通路,研究了SW-NIR对中枢通路神经传导的调控作用;选择了具有特殊频率拓扑结构的听觉通路作为研究对象,探究SW-NIR调控听觉中枢通路神经传导的可行性;将SW-NIR应用于深层中枢通路,探讨SW-NIR透射式调控海马通路神经传导的可行性,为SW-NIR透射式调控神经通路提供一种新的思路。本文开展研究工作如下:（1）为了研究SW-NIR光热效应抑制听觉通路神经传导作用,本文首先运用COMSOL仿真软件建立了包括脑积液层和灰质层在内的光照射耳蜗核（cochlear nuclear,CN）组织的温度场模型,综合考虑CN实际尺寸、各层之间边界条件及听觉通路具有频率拓扑结构的特殊性,仿真了SW-NIR刺激参数和刺激位置对目标组织温度的影响。运用近红外测温技术测量了不同刺激参数引起的组织温度变化,并根据实测温度对模型结果进行校正。在模型仿真和近红外测温的基础上开展动物实验,测试了980nm的SW-NIR对听觉中枢通路神经传导的抑制作用,运用纯音在外耳道进行刺激来激活听觉通路,并在CN进行光刺激,同时采用16通道矩阵电极记录下丘（inferior colliculus,IC）神经元响应,然后分析了IC神经元发放率（firing rate,FR）的变化,并测试了光刺激后神经组织的状态。结合仿真、测温和动物实验发现:980 nm的SW-NIR所引起的CN组织温升能够可逆地抑制声刺激诱发的CN神经元活动,阻断神经信号向中枢神经系统的更高层传导,表现为IC神经元的发放率降低。随着刺激功率、脉宽的不断增加以及光纤尖端到脑脊液层距离的减小,组织温度不断增加,IC神经元抑制率不断增加。另外,距离目标响应位置的距离越近,目标响应位置处组织的温度越高,IC神经元的抑制率越高。光刺激后神经组织状态分析表明光刺激并未对组织造成不可逆的损伤。（2）为了探究SW-NIR抑制听觉中枢通路神经传导的时间特性,本文根据光刺激诱导温度场随时间的变化曲线特点设计了四种不同的刺激范式来开展研究。而后开展动物实验,探究了SW-NIR抑制听觉中枢通路神经传导的时间特性。实验发现,不同刺激范式的SW-NIR对IC神经元抑制率和第一尖峰潜伏期（first spike latency,FSL）的影响也不同。与声刺激和光刺激同步刺激（记为:SS）范式相比,先光刺激后声刺激（间隔5 ms）（记为:DS-OA-5ms）范式具有更高的抑制率和更大的FSL变化。在SS范式下,随着刺激功率的增加,组织温度不断增加,FSL变化增加。另外,不同声刺激响应类型IC神经元对刺激范式的响应也存在一定差异。实验结果表明SW-NIR对听觉中枢通路神经传导的抑制与温度场的建立时间和持续时间有关。（3）为了探究金纳米棒溶液介导SW-NIR对听觉中枢通路的激活作用,本文选择了能够提高组织吸收系数的金纳米棒来介导近红外光刺激。首先,运用第三章所建立的光照射CN组织的温度场模型和近红外测温技术仿真并测量了在金纳米棒加入前后SW-NIR引起CN组织的温度场分布。结合实际实验情况将金纳米棒溶液加入组织后分为两个阶段,并考虑了金纳米棒溶液扩散过程对组织温度的影响。结果表明:金纳米棒溶液介导SW-NIR通过改变组织对激光的吸收系数而提高组织温度变化,其中第一阶段组织温度升高主要来自于脑积液层对组织层的热传导,第二阶段组织温度升高主要来自于脑积液层对组织层的热传导和组织对激光能量的吸收。随着加入时间的增加,金纳米棒溶液浓度降低,引起的组织温度降低。在仿真和测温的基础开展动物实验,研究了在金纳米棒加入前后SW-NIR对听觉中枢通路的激活作用。结果表明:在金纳米棒溶液的介导下,SW-NIR能够有效地、高空间选择性地激活CN神经元,诱发的响应能够沿着听觉通路向IC传导,进而引起IC神经元发放率增加。随着刺激功率的增加,诱发的IC神经元响应增加。（4）为了探究SW-NIR对深层中枢通路神经传导的透射式调控作用。本文选择海马兴奋性“三突触回路”的一部分作为研究对象。在海马CA3区实施光刺激,并运用16通道电极阵列记录海马CA1神经元响应。研究表明:波长为980 nm的SW-NIR能够安全、有效地调控深层海马通路神经传导,即通过直接调控CA3区神经元发放而间接影响CA1区神经元发放,使其表现为无响应、兴奋性响应和抑制性响应三种不同的响应类型。随着刺激功率的不断增加,刺激后神经元响应的数量呈现明显增加趋势,且更多的表现为兴奋性响应。本文通过理论仿真和动物实验的方式证实了SW-NIR调控中枢通路神经传导的有效性。基于以上研究结果,本文为SW-NIR的在体调控提供了一种新的研究思路和方法,该方法在耳鸣、癫痫、老年痴呆等神经失调疾病的干预中也可能具有潜在的应用价值。