本发明提出了一种用于清醒动物的全光学闭环多色荧光调控系统，包括：光源模块，提供多个荧光激发光和光遗传激发光；激发光合束模块，实现多个荧光激发光与光遗传激发光在空间上的合束；光纤耦合模块，将合束后的激发光传输至清醒动物脑部区域；荧光信号滤波模块，用于实现由光纤耦合模块反向传输的荧光信号在空间上的分束与频域滤波；信号采集模块，由多个探测器组成，分别将空间分束与频域滤波后的荧光信号转换为电信号并被采集卡记录；信号反馈调制模块，根据采集到的荧光信号动态调节光遗传激发光的参数。本发明可在进行清醒动物光遗传调控的同时实时定量记录组织的生理状态变化，可自适应调控组织活动，实现更加精准高效的个性化调控效果。