神经科学是21世纪发展最为迅速的学科之一,其综合了生物学、材料学、物理学及信息学等多个学科,是一门新的交叉学科。其中,神经科学与光学技术的结合,诞生出“光遗传学”等一系列全新的生物工程技术,现已成为探究神经结构及神经与机体行为间关系时不可或缺的关键工具。然而,“光遗传学”所需光敏物质的激发光一般为紫外光-可见光,该波段激发光存在组织穿透深度低、光毒性大等瓶颈问题,极大限制了其在生物体内的应用发展。稀土上转换发光纳米材料(upconversion nanoparticles, UCNPs),因具有独特的4f电子结构,可响应近红外光激发而发射波长可调的紫外光-可见光,已广泛应用于生物医学检测、诊断及术中导航示踪等方面。本文总结归纳了UCNPs基功能材料在神经科学领域的代表性应用实例,重点列举了基于UCNPs的光学特性开展的神经调控、神经成像及神经疾病治疗等研究进展,并从材料学、化学和生物医学等多角度对神经科学的交叉研究进行展望,旨在促进不同学科间交叉融合,推进神经科学的技术革新与发展,以期为解决重大神经科学问题提供全新的研究思路和有效方法。