En introduisant des canaux ou des pompes ioniques photosensibles dans des neurones spécifiques, les chercheurs peuvent activer ou désactiver ces cellules par de brèves impulsions lumineuses. Cette méthode, appelée optogénétique, associe le ciblage génétique au contrôle optique et a révolutionné l'étude des circuits neuronaux.

Les channelrhodopsines dépolarisent les neurones lorsqu'elles sont illuminées par de la lumière bleue ; les halorhodopsines et les pompes apparentées les hyperpolarisent par de la lumière jaune ou verte. L'expression des opsines étant possible sous le contrôle de promoteurs spécifiques à un type cellulaire, des populations cellulaires définies peuvent être contrôlées avec une précision milliseconde, tandis que les cellules environnantes restent intactes. Les fibres optiques ou les réseaux de micro-LED permettent d'acheminer la lumière jusqu'aux structures profondes chez les animaux en liberté.

L'optogénétique a permis d'identifier les circuits neuronaux nécessaires à des comportements spécifiques, de tester leur nécessité par inhibition et d'étudier les contraintes temporelles des codes neuronaux. Son application clinique est à l'étude pour des pathologies telles que la cécité et certains troubles du mouvement. La force de cette technique réside dans sa combinaison de spécificité cellulaire et de haute résolution temporelle.

Un simple éclair de lumière peut désormais révéler la contribution causale d'une population neuronale précisément définie.