Optogenetiikka on solun toiminnan kontrollointi geneettisten ja optisten tekniikoiden yhdistelmällä. Tämä menetelmä alkoi löytää biokemikaaleja, jotka tuottavat soluvasteita valolle altistuessaan. Eristämällä geenit, jotka koodaavat näitä proteiineja, tutkijat käyttävät niitä stimuloimaan valovasteita muissa elävissä soluissa. Optogenetiikasta saatu tieto antaa tutkijoille paremman käsityksen erilaisista sairausprosesseista.
1970 -luvulla tutkijat havaitsivat, että tietyt organismit tuottavat proteiineja, jotka ohjaavat normaalisti solukalvojen läpi kulkevia sähkövarauksia. Nämä proteiinit aiheuttivat solujen välistä vuorovaikutusta altistuessaan tietyille valon aallonpituuksille. Näitä proteiineja, joihin yleisesti viitataan G-proteiineina, koodaa ryhmä geenejä, jotka tunnetaan opsiineina. Tänä aikana tutkijat havaitsivat, että bakteriorodopsiinit reagoivat vihreään valoon. Jatkotutkimus löysi muita opsiiniperheen jäseniä, mukaan lukien channelrhodopsin ja halorhodopsin.
Vuosikymmenen 2000–2010 aikana neurotieteilijät havaitsivat, että on mahdollista poimia opsiinigeenejä ja lisätä niitä muihin eläviin soluihin, jotka sitten saavat saman valoherkkyyden. Yksi alun perin käytetyistä menetelmistä oli opsiinigeenien poistaminen, niiden yhdistäminen hyvänlaatuiseen virukseen ja niiden lisääminen eläviin neuroneihin Petri -maljassa. Kun injektoidut solut altistettiin vihreän valon pulsseille, neuronit vastasivat avaamalla ionikanavia. Kun kanavat olivat auki, solut saivat ionivirtauksen, joka aiheutti sähkövirran virtauksen ja aloitti viestinnän toisen neuronin kanssa. Tutkijat havaitsivat, että muut G-proteiinit reagoivat eri vaaleisiin väreihin estäen tai tehostamalla kalsiumionikanavia ja epinefriinin vapautumista.
Tutkimus eteni lopulta optogenetiikan soveltamisesta pieneen elävien solujen ryhmään elävien nisäkkäiden kanssa. Tuomalla opsiinigeenit hiirien aivoihin solut alkoivat tuottaa G-proteiineja. Näiden G-proteiinien ja kuituoptiikan avulla tiedemiehet pystyivät hallitsemaan hermosolujen laukaisunopeutta. He kehittivät myös menetelmän pienen valokuidun muuttamiseksi elektrodiksi, jotta saadaan aikaan solun toiminnan sähköinen lukema. Tämä aivot-tietokone -liitäntä mahdollistaa tutkijoiden arvioida ja säätää tiettyjä soluryhmiä missä tahansa aivoissa.
Yhdistämällä magneettikuvaus (MRI) ja optogenetiikka tutkijat voivat kartoittaa aivojen hermoaktiviteetteja ja -reittejä. Tutkimalla neurologisen toiminnan monimutkaisuuksia lääkärit ymmärtävät paremmin, mikä on normaalia ja epänormaalia aivotoimintaa. Toisin kuin lääkkeet ja sähköhoito, optogenetiikka mahdollistaa tiettyjen solujen ja reittien säätelyn. Optogenetiikasta saatu tieto ja tekniikka mahdollistavat myös sydänsolujen, lymfosyyttien ja insuliinia erittävien haimasolujen toiminnan hallinnan.