Durch das Einbringen lichtempfindlicher Ionenkanäle oder -pumpen in spezifische Neuronen können Forscher diese Zellen mit kurzen Lichtimpulsen ein- oder ausschalten. Diese Methode, bekannt als Optogenetik, kombiniert genetisches Targeting mit optischer Steuerung und hat die Erforschung neuronaler Schaltkreise revolutioniert.

Channelrhodopsine depolarisieren Neuronen bei Bestrahlung mit blauem Licht; Halorhodopsine und verwandte Pumpen hyperpolarisieren sie bei Bestrahlung mit gelbem oder grünem Licht. Da die Opsine unter zelltypspezifischen Promotoren exprimiert werden können, lassen sich definierte Zellpopulationen millisekundengenau steuern, während umliegende Zellen unbeeinflusst bleiben. Optische Fasern oder Mikro-LED-Arrays ermöglichen die Lichtübertragung selbst in tiefer liegende Strukturen frei beweglicher Tiere.

Die Optogenetik wurde eingesetzt, um Schaltkreise zu identifizieren, die für bestimmte Verhaltensweisen notwendig sind, deren Notwendigkeit durch gezieltes Ausschalten zu überprüfen und die zeitlichen Anforderungen neuronaler Codes zu untersuchen. Klinische Anwendungen werden für Erkrankungen wie Blindheit und bestimmte Bewegungsstörungen erforscht. Die Stärke der Technik liegt in der Kombination aus zellulärer Spezifität und hoher zeitlicher Auflösung.

Ein einziger Lichtblitz kann nun den kausalen Beitrag einer präzise definierten neuronalen Population aufzeigen.