Genom att introducera ljuskänsliga jonkanaler eller pumpar i specifika neuroner kan forskare slå på eller av dessa celler med korta ljuspulser. Metoden, känd som optogenetik, kombinerar genetisk målinriktning med optisk kontroll och har förändrat studiet av neurala kretsar.

Kanalrhodopsiner depolariserar neuroner när de belyses med blått ljus; halorhodopsiner och relaterade pumpar hyperpolariserar dem med gult eller grönt ljus. Eftersom opsinerna kan uttryckas under celltypspecifika promotorer kan definierade populationer kontrolleras med millisekundprecision medan omgivande celler förblir opåverkade. Optiska fibrer eller mikro-LED-matriser levererar ljus även till djupa strukturer i fritt rörliga djur.

Optogenetik har använts för att identifiera kretsar som är tillräckliga för specifika beteenden, för att testa nödvändighet genom tystning och för att undersöka tidskraven för neurala koder. Klinisk översättning utforskas för tillstånd som blindhet och vissa rörelsestörningar. Teknikens kraft ligger i dess kombination av cellspecificitet och hög temporal upplösning.

En enda ljusblixt kan nu avslöja det kausala bidraget från en exakt definierad neural population.