Optogenetika je upravljanje staničnim djelovanjem kombinacijom genetskih i optičkih tehnika. Ova metoda započela je otkrićem biokemikalija koje proizvode stanične reakcije kada su izložene svjetlu. Izolirajući gene koji kodiraju te proteine, znanstvenici ih koriste za stimuliranje svjetlosnih reakcija u drugim živim stanicama. Znanje stečeno optogenetikom daje istraživačima bolji uvid u različite procese bolesti.
U 1970-ima znanstvenici su otkrili da određeni organizmi proizvode proteine koji kontroliraju električne naboje koji inače prolaze kroz stanične membrane. Ti su proteini uzrokovali interakciju između stanica kada su bili izloženi određenim valnim duljinama svjetlosti. Ovi proteini, koji se obično nazivaju G-proteini, kodirani su grupom gena poznatih kao opsini. Tijekom tog vremena, istraživači su otkrili da bakteriorhodopsini reagiraju na zeleno svjetlo. Daljnja istraživanja otkrila su i druge članove obitelji opsina, uključujući kanalrodopsin i halorhodopsin.
Tijekom desetljeća od 2000. do 2010. neuroznanstvenici su otkrili da je moguće ekstrahirati opsin gene i umetnuti ih u druge žive stanice, koje potom postižu istu fotoosjetljivost. Jedna od prvotno korištenih metoda uključivala je uklanjanje gena opsina, njihovo kombiniranje s benignim virusom i njihovo umetanje u žive neurone u petrijevoj zdjelici. Kada su ubrizgane stanice bile izložene impulsima zelenog svjetla, neuroni su reagirali otvaranjem ionskih kanala. S otvorenim kanalima, stanice su primale dotok iona koji je uzrokovao protok električne struje, pokrećući komunikaciju s drugim neuronom. Znanstvenici su otkrili da drugi G-proteini reagiraju na različite boje svjetla, inhibirajući ili pojačavajući kanale kalcijevih iona i oslobađanje epinefrina.
Istraživanje je na kraju napredovalo od primjene optogenetike na malu skupinu živih stanica do korištenja živih sisavaca. Uvođenjem gena opsina u mozak miševa, stanice su počele proizvoditi G-proteine. S ovim G-proteinima i optičkim vlaknima, znanstvenici su uspjeli kontrolirati brzinu pokretanja neurona. Također su razvili metodu pretvaranja malog optičkog vlakna u elektrodu kako bi se omogućilo električno očitavanje stanične aktivnosti. Ovo sučelje između mozga i računala omogućuje istraživačima da procijene i reguliraju određene skupine stanica bilo gdje u mozgu.
Kombinacijom magnetske rezonancije (MRI) i optogenetike, istraživači su u mogućnosti mapirati neuronske aktivnosti i putove unutar mozga. Istražujući zamršene neurološke funkcije, liječnici stječu bolje razumijevanje o tome što čini normalnu i abnormalnu aktivnost mozga. Za razliku od lijekova i elektroterapije, optogenetika omogućuje regulaciju specifičnih stanica i puteva. Znanje i tehnologija dobivena optogenetikom također omogućuju kontrolu funkcije srčanih stanica, limfocita i stanica gušterače koje luče inzulin.