2026年7月31日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）刘佳男研究团队在Journal of the American Chemical Society期刊在线发表了题为《An Orthogonal Near-Infrared Optical Switch for Wireless Neuromodulation in Freely Behaving Mice》的研究论文。该研究开发了一种名为"双近红外开关"（Dual-NIR Switch）的新型神经活动调控技术，利用两束穿颅近红外光分别"开启"和"终止"神经兴奋，在无植入光纤和头戴设备的条件下，在小鼠上实现了从秒级到数十分钟的灵活行为调控。

光遗传学技术为神经科学研究提供了强大的工具，但传统方案依赖颅内植入光纤或头戴硬件，不仅造成组织损伤和慢性炎症反应，也限制了动物的自然行为。为摆脱植入物的束缚，以往研究已开发了多种近红外光遗传技术，使"穿颅递光"成为可能。然而，这些方法仍受制于一个共同瓶颈：神经调控依赖持续的外部光照射，长时间的近红外光照射带来不可忽视的光热累积。

研究团队的解决思路是：让神经元的兴奋状态不再依赖于持续的近红外光照射。团队设计了可双色正交发光的上转换纳米颗粒（odUCNPs），该纳米颗粒在980 nm近红外光激发下发出蓝光，而在808 nm近红外光激发下发出绿光，且两条发光通道互不串扰。这一发光特性匹配光敏通道蛋白SOUL的激活与失活：一次短暂的980 nm近红外照射使odUCNPs发出蓝光，从而激活SOUL并启动神经元兴奋；此后无需任何光源照射即可维持兴奋状态；当需要终止神经兴奋时，施加808 nm近红外照射，odUCNPs发出的绿光失活SOUL，神经元活动随之恢复静息（图1）。

图1：odUCNPs的结构、发光性质以及Dual-NIR Switch的工作原理。

借助于Dual-NIR Switch新技术，团队在小鼠的三个脑区、三种时间尺度上验证了神经活动调控能力（图2）：调控次级运动皮层，可在秒级时间尺度上控制运动量与转圈行为；调控外侧下丘脑，可在分钟时间尺度内抑制摄食；调控腹侧被盖区，则可支持数十分钟量级的条件性位置偏好训练。由于Dual-NIR Switch的近红外光照仅施加于"开"与"关"两个短暂窗口，而非贯穿整个调控过程，累计照射时间因此大幅缩短，从而将光热风险控制在安全范围内。

图2. Dual-NIR Switch对深部脑区腹侧被盖区（VTA）长时程奖赏条件行为的调控

总之，作为一种侵入性低、可无线操控神经活动的新技术平台，Dual-NIR Switch在小动物上实现了无线"开启并终止"神经兴奋，显著降低了近红外光持续照射带来的光热累积效应，为在自由移动动物上进行长时间、灵活的神经调控提供了新工具。

脑智卓越中心博士研究生谢哲宇和潘黎敏副研究员为该论文的共同第一作者，潘黎敏副研究员和刘佳男研究员为共同通讯作者。杜久林团队的向佩珊和陈钰涵为本研究的细胞电生理实验作出了重要贡献。刘丹倩研究员对课题设计提供了重要启发。脑智卓越中心实验动物平台、电镜技术平台和光学成像平台对本研究提供了技术支持。研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院和临港实验室的资助。