大脑中众多的神经元组成不同的功能分区，功能区之间相互投射，完成信息的接收、处理、存储和输出。理解动物行为产生的机理需要对不同类型神经元以及其轴突末梢的活动进行研究。由于轴突末梢结构小，因此自由活动小鼠中神经轴突末梢的记录依旧难以解决，同一脑区轴突末梢的多位点同步记录需求同样需要发展新的光学记录技术。
　　本文针对神经环路轴突末梢记录缺乏研究工具的问题，探索了轴突末梢钙信号记录和钙成像的方法，研制了基于光纤的神经元测控系统，应用于自由活动小鼠空间导航和记忆的神经环路研究。全文按照以下三部分展开：
　　(1)本文研制用于轴突末梢记录的光纤光度仪以及进行光遗传操控和钙信号记录的光纤神经测控仪，应用于探索中间内嗅皮层(Medial entorhinal cortex，MEC)-海马不同环路在空间导航和空间记忆中的作用。在小鼠进行Morris水迷宫和八臂迷宫空间任务学习过程中记录中间内嗅皮层第二层-齿状回(MECII-DG)环路和中间内嗅皮层第三层-海马CA1区(MECIII-CA1)环路轴突末梢的钙信号。在MECII-DG环路中，经过空间学习后产生一个随着任务开始而开始，随任务结束而结束的持续钙活动，且钙信号的幅度与学习的熟练程度呈正相关，本文将这个活动模式称为任务关联持续活动。而在任务学习前后MECIII-CA1环路中的钙信号没有显著变化。使用光遗传学的方法抑制MECII-DG环路时影响了小鼠的空间记忆，而光抑制MECIII-CA1环路则不会影响空间记忆。
　　(2)为了继续探究MECII-DG环路轴突末梢的不同位点在小鼠空间导航中的活动特征，本文研制用于轴突末梢记录的集成式多通道光纤光度仪。并将集成式多通道光纤光度仪应用到了MECII-DG环路在小鼠自由探索状态下的4位点同步记录，发现小鼠在自由探索状态下不同空间位置的神经活动同步性与麻醉状态相比显著降低。证明了该环路在小鼠探索状态下的活动模式是不均匀的，也证明了该系统在轴突末梢多位点同步记录应用中的可行性。
　　(3)为了能够用更高空间分辨率记录空间导航环路神经活动，本文搭建了应用于自由活动小鼠的轴突末梢钙成像系统，并阶段性应用于皮层神经元胞体和树突钙成像中。证明基于光纤束的钙成像系统能够应用到自由活动小鼠皮层神经元的功能成像中，为更高分辨率地解析空间导航和记忆环路活动特征提供了方法。
　　本文发展了基于光纤的轴突末梢钙信号记录技术，探索了皮层轴突末梢、树突、胞体宽场荧光钙成像技术，并应用到自由活动小鼠空间导航行为中的轴突末梢记录。找到了与视觉导航相关的MECII-DG环路，为记忆存储、提取的研究，记忆干预以及人工智能研究提供了理论支撑。