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脉冲红外神经刺激（infrared neural stimulation，INS；1875 nm，水的能量吸收峰值波长）是一种非病毒性方法，旨在激活脑内单个亚毫米尺度位点。将其与超高场功能磁共振成像（fMRI）结合使用时，可揭示由经突触激活的节点组成、具有功能特异性的全脑柱状网络。INS无损伤，可有效应用于人类皮层，并可用于灵长类动物的神经和行为调控。为研究生理状态如何影响其细胞效应，我们在小鼠中利用GCaMP6s进行了在体双光子钙成像，并在清醒与麻醉状态下追踪已识别的皮层神经元。在所测试的辐射曝量范围内，INS诱发的反应在两种状态间存在显著差异：麻醉状态下，刺激主要引起钙信号正向反应，而清醒状态下，同一批已识别神经元则表现出负向反应。通过GABA能信号传递对这一基线水平进行药理学调控，可使反应极性向相反方向转变：麻醉状态下施用印防己毒素可产生类似清醒状态的负向反应，而清醒状态下施用蝇蕈醇则可产生类似麻醉状态的正向反应。逐试次分析进一步表明，刺激前基线水平与INS诱发反应之间的关系取决于生理状态。由于INS依赖于组织的瞬时升温，我们还开发了一种基于EGFP的原位校准方法，用于估计温度相关的荧光变化。在较低辐射曝量下，这些荧光热效应的贡献较小；随着辐射曝量升高，其影响日益显著，尤其是在光纤路径附近。低强度刺激下的结果与状态依赖性前馈抑制相一致，但尚不能确证这一机制框架。综上，这些发现表明，神经元对局灶性INS的反应受到当前脑状态的影响，并为区分状态依赖性钙反应与温度相关荧光效应提供了实用框架，使INS有望成为神经科学研究和临床应用中的多功能工具。
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Zhang
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Shoham
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https://doi.org/10.64898/2026.09.19.752571
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脉冲红外神经刺激（INS，波长为 1875 nm，处于水的能量吸收峰值）是一种非病毒方法，旨在激活脑内单个亚毫米尺度位点。与超高场功能磁共振成像（fMRI）结合使用时，该方法可揭示具有功能特异性的全脑柱状网络，这些网络由经突触激活的节点组成。INS 可无损伤且有效地应用于人类皮层，并可用于灵长类动物的神经及行为调控。为探究生理状态如何影响其细胞效应，我们利用 GCaMP6s 在小鼠中开展了在体双光子钙成像，并在清醒与麻醉状态下追踪已识别的皮层神经元。在所测试的辐照量范围内，INS 诱发的反应在两种状态之间存在显著差异：麻醉状态下，刺激主要引起钙信号上升反应；而在清醒状态下，同一批已识别的神经元则表现出钙信号下降反应。通过 GABA 能信号传导对这一基线水平进行药理学操控，可使反应极性向相反方向转变：麻醉状态下施用印防己毒素可引起类似清醒状态的负向反应，而清醒状态下施用蝇蕈醇则可引起类似麻醉状态的正向反应。逐试次分析进一步表明，刺激前基线水平与 INS 诱发反应之间的关系取决于生理状态。由于 INS 依赖于组织的瞬时升温，我们还
开发了一种基于增强型绿色荧光蛋白（EGFP）的原位校准方法，用于估算与温度相关的荧光变化。在较低辐射曝光量下，这些荧光热效应的贡献较小；随着曝光量增加，其影响日益显著，尤其是在光纤路径附近。低强度条件下的结果与状态依赖性前馈抑制框架一致，但尚不足以确证该框架。综上，这些发现表明，局部红外神经刺激（INS）诱发的神经元响应受当前脑状态的影响，并提供了一个实用框架，用于区分状态依赖性钙响应与温度相关荧光效应，使INS有望成为神经科学研究和临床应用中的一种多用途工具。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
已声明的资助信息
国家重点研发计划“中国脑计划”
，2021ZD0200401
国家自然科学基金
，U20A20221
，81961128029
，31627802
，82602376
浙江省重点研发计划
，2022C03096
，2024SSYS0019
中央高校基本科研业务费
，226-2022-00083
湖北省卫生健康科技项目
，WJ2025Q099
湖北省教育厅科学研究计划
，Q20251111
版权
本预印本的版权持有人为作者／资助方，其已授权bioRxiv永久展示本预印本。
本预印本依据
知识共享署名4.0国际许可协议（CC-BY 4.0）
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2026.09.19.752571;
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2026.09.19.752571;
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关键词：脉冲红外神经刺激 · 脑状态依赖性 · 皮层神经元 · 双光子钙成像 · GABA能信号传递 · 荧光热效应
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.19.752571v1?rss=1