复杂的神经环路在三维空间上盘根错节的分布。光片照明显微技术大视场、高时空分辨率、低光漂白的成像特点,使其在众多神经活动研究方法中脱颖而出。然而,为了研究特定神经元在某些神经活动中扮演的角色,需要在成像基础上对其进行操控。空间光调制器可在三维空间中精确高效地同时产生多个焦点,对特定细胞进行光刺激。本文对光片照明系统进行了发展,建立了一套可以精确刺激特定神经元并同时观察全脑神经活动的光学系统,并尝试对斑马鱼进行光遗传学研究。本论文采用基于徳拜理论的算法实现了三维相位图,并利用空间光调制器产生空间三维多焦点刺激光。对刺激光斑的横向和轴向尺寸进行了理论计算和实测分析。通过标准小球样品的实验验证了系统在空间中定点刺激的可行性。建立了光片照明成像系统,对其性能参数进行了分析,并使用该系统对斑马鱼进行了脑成像,验证了光片照明系统的优势。提出将三维多焦点光刺激模块耦合到光片照明系统中,对特殊神经元进行操控,并实时记录全脑神经活动。完成了对标准小球样品的刺激与观察,同时也提出了系统存在的去耦问题。最后,从原理上分析了远焦系统在消除球差和提高成像速率上的优势,在探测光路中引入远焦系统,进一步完善了系统,并利用远焦技术验证了光刺激系统的精确性。利用系统对斑马鱼光遗传学进行研究,实现了光刺激和全脑钙活动的记录。