Optogenetica este controlul acțiunii celulare folosind o combinație de tehnici genetice și optice. Această metodă a început cu descoperirea unor substanțe biochimice care produc răspunsuri celulare atunci când sunt expuse la lumină. Izolând genele care codifică aceste proteine, oamenii de știință le folosesc pentru a stimula răspunsurile la lumină în alte celule vii. Cunoștințele dobândite din optogenetică oferă cercetătorilor o perspectivă mai bună asupra diferitelor procese ale bolii.
În anii 1970, oamenii de știință au descoperit că anumite organisme produc proteine care controlează sarcinile electrice care trec în mod normal prin membranele celulare. Aceste proteine au provocat interacțiuni între celule atunci când au fost expuse la anumite lungimi de undă de lumină. Aceste proteine, denumite în mod obișnuit proteine G, sunt codificate de un grup de gene cunoscute sub numele de opsine. În acest timp, cercetătorii au descoperit că bacteriorhodopsinele răspund la lumina verde. Cercetările ulterioare au descoperit alți membri ai familiei opsinelor, inclusiv channelrhodopsin și halorhodopsin.
În deceniul 2000 până în 2010, oamenii de știință în neuroștiință au descoperit că este posibil să extragă genele opsina și să le introducă în alte celule vii, care apoi dobândesc aceeași fotosensibilitate. Una dintre metodele utilizate inițial a implicat îndepărtarea genelor opsina, combinarea lor cu un virus benign și inserarea lor în neuronii vii într-o cutie Petri. Când celulele injectate au fost expuse la impulsuri de lumină verde, neuronii au răspuns prin deschiderea canalelor ionice. Cu canalele deschise, celulele au primit un aflux de ioni care a determinat circulația unui curent electric, inițiind comunicarea cu un alt neuron. Oamenii de știință au descoperit că alte proteine G răspund la diferite culori deschise, inhibând sau îmbunătățind canalele ionice de calciu și eliberarea de epinefrină.
Cercetarea a progresat în cele din urmă de la aplicarea optogeneticii unui grup mic de celule vii la utilizarea subiecților mamifere vii. Prin introducerea genelor opsina în creierul șoarecilor, celulele au început să producă proteinele G. Cu aceste proteine G și fibre optice, oamenii de știință au reușit să controleze rata de declanșare a neuronilor. Ei au dezvoltat, de asemenea, o metodă de conversie a unei mici fibre optice într-un electrod pentru a oferi o citire electrică a activității celulare. Această interfață creier-calculator permite cercetătorilor să evalueze și să regleze grupuri specifice de celule oriunde în creier.
Combinând imagistica prin rezonanță magnetică (IRM) și optogenetica, cercetătorii sunt capabili să cartografieze activitățile și căile neuronale din creier. Explorând complexitățile funcției neurologice, medicii obțin o mai bună înțelegere a ceea ce constituie activitatea normală și anormală a creierului. Spre deosebire de medicamente și electroterapie, optogenetica permite reglarea anumitor celule și căi. Cunoștințele și tehnologia obținute din optogenetică permit, de asemenea, controlul funcției celulelor cardiace, limfocitelor și celulelor pancreatice care secretă insulină.