Door lichtgevoelige ionkanalen of pompen in specifieke neuronen te introduceren, kunnen onderzoekers die cellen met korte lichtpulsen aan- of uitzetten. Deze methode, bekend als optogenetica, combineert genetische manipulatie met optische controle en heeft het onderzoek naar neurale circuits radicaal veranderd.

Channelrhodopsinen depolariseren neuronen wanneer ze worden belicht met blauw licht; halorhodopsinen en verwante pompen hyperpolariseren ze met geel of groen licht. Omdat de opsinen kunnen worden aangestuurd door celtype-specifieke promotors, kunnen gedefinieerde populaties met millisecondenprecisie worden gecontroleerd, terwijl omliggende cellen onaangetast blijven. Optische vezels of micro-LED-arrays leveren licht zelfs aan diepgelegen structuren in vrij bewegende dieren.

Optogenetica wordt gebruikt om circuits te identificeren die nodig zijn voor specifiek gedrag, om de noodzaak ervan te testen door ze uit te schakelen, en om de timingvereisten van neurale codes te onderzoeken. Klinische toepassingen worden onderzocht voor aandoeningen zoals blindheid en bepaalde bewegingsstoornissen. De kracht van de techniek ligt in de combinatie van cellulaire specificiteit en hoge temporele resolutie.

Een enkele lichtflits kan nu de causale bijdrage van een nauwkeurig gedefinieerde neurale populatie onthullen.