Optogenetika je nadzor delovanja celic s kombinacijo genetskih in optičnih tehnik. Ta metoda se je začela z odkritjem biokemikalij, ki proizvajajo celične odzive, ko so izpostavljeni svetlobi. Z izolacijo genov, ki kodirajo te beljakovine, jih znanstveniki uporabljajo za spodbujanje svetlobnih odzivov v drugih živih celicah. Znanje, pridobljeno z optogenetiko, omogoča raziskovalcem večji vpogled v različne procese bolezni.
V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so znanstveniki odkrili, da nekateri organizmi proizvajajo beljakovine, ki nadzorujejo električne naboje, ki običajno prehajajo skozi celične membrane. Ti proteini so povzročili interakcijo med celicami, ko so bili izpostavljeni določenim valovnim dolžinam svetlobe. Te beljakovine, ki jih običajno imenujemo G-proteini, kodira skupina genov, znanih kot opsini. V tem času so raziskovalci ugotovili, da se bakteriorhodopsini odzivajo na zeleno svetlobo. Nadaljnje raziskave so odkrile druge člane družine opsinov, vključno s kanalorhodopsinom in halorhodopsinom.
V desetletju od 2000 do 2010 so nevroznanstveniki ugotovili, da je mogoče izvleči opsinske gene in jih vstaviti v druge žive celice, ki nato pridobijo enako fotosenzitivnost. Ena od prvotno uporabljenih metod je vključevala odstranitev genov opsina, njihovo združevanje z benignim virusom in vstavljanje v žive nevrone v petrijevki. Ko so bile injicirane celice izpostavljene impulzom zelene svetlobe, so se nevroni odzvali z odpiranjem ionskih kanalov. Ko so kanali odprti, so celice prejele dotok ionov, kar je povzročilo pretok električnega toka, ki je sprožil komunikacijo z drugim nevronom. Znanstveniki so odkrili, da se drugi G-proteini odzivajo na različne barve svetlobe, zavirajo ali povečujejo kalcijeve ionske kanale in sproščanje epinefrina.
Raziskave so sčasoma napredovale od uporabe optogenetike na majhni skupini živih celic do uporabe živih sesalcev. Z uvedbo genov opsina v možgane miši so celice začele proizvajati G-proteine. S temi G-proteini in optičnimi vlakni so znanstveniki lahko nadzorovali hitrost sprožitve nevronov. Razvili so tudi metodo pretvorbe majhnega optičnega vlakna v elektrodo, ki zagotavlja električno odčitavanje celične aktivnosti. Ta povezava med možgani in računalnikom omogoča raziskovalcem, da ocenijo in uravnavajo določene skupine celic kjer koli v možganih.
Z združevanjem slikanja z magnetno resonanco (MRI) in optogenetike lahko raziskovalci preslikajo nevronske aktivnosti in poti v možganih. Z raziskovanjem zapletenosti nevrološkega delovanja zdravniki bolje razumejo, kaj je normalno in nenormalno delovanje možganov. Za razliko od zdravil in elektroterapije optogenetika omogoča regulacijo specifičnih celic in poti. Znanje in tehnologija, pridobljena iz optogenetike, omogočata tudi nadzor nad delovanjem srčnih celic, limfocitov in celic trebušne slinavke, ki izločajo inzulin.