Η οπτογενετική είναι ο έλεγχος της κυτταρικής δράσης χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό γενετικών και οπτικών τεχνικών. Αυτή η μέθοδος ξεκίνησε με την ανακάλυψη βιοχημικών ουσιών που παράγουν κυτταρικές αποκρίσεις όταν εκτίθενται στο φως. Απομονώνοντας τα γονίδια που κωδικοποιούν αυτές τις πρωτεΐνες, οι επιστήμονες τις χρησιμοποιούν για να διεγείρουν τις αποκρίσεις φωτός σε άλλα ζωντανά κύτταρα. Η γνώση που αποκτάται από την οπτογενετική παρέχει στους ερευνητές μεγαλύτερη εικόνα για διάφορες διαδικασίες ασθενειών.
Στη δεκαετία του 1970, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ορισμένοι οργανισμοί παράγουν πρωτεΐνες που ελέγχουν τα ηλεκτρικά φορτία που συνήθως περνούν από τις κυτταρικές μεμβράνες. Αυτές οι πρωτεΐνες προκάλεσαν αλληλεπίδραση μεταξύ των κυττάρων όταν εκτέθηκαν σε ορισμένα μήκη κύματος φωτός. Αυτές οι πρωτεΐνες, που συνήθως αναφέρονται ως G-πρωτεΐνες, κωδικοποιούνται από μια ομάδα γονιδίων γνωστών ως οψίνες. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι βακτηριοροδοψίνες ανταποκρίνονται στο πράσινο φως. Περαιτέρω έρευνα ανακάλυψε άλλα μέλη της οικογένειας της οψίνης, συμπεριλαμβανομένης της καναλοροδοψίνης και της αλοροδοψίνης.
Κατά τη δεκαετία 2000-2010, οι νευροεπιστήμονες ανακάλυψαν ότι είναι δυνατό να εξαχθούν γονίδια οψίνης και να τα εισαχθούν σε άλλα ζωντανά κύτταρα, τα οποία στη συνέχεια αποκτούν την ίδια φωτοευαισθησία. Μία από τις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν αρχικά περιελάμβανε την αφαίρεση των γονιδίων της οψίνης, τον συνδυασμό τους με έναν καλοήθη ιό και την εισαγωγή τους σε ζωντανούς νευρώνες σε ένα τρυβλίο Petri. Όταν τα κύτταρα που εγχύθηκαν εκτέθηκαν σε παλμούς πράσινου φωτός, οι νευρώνες ανταποκρίθηκαν ανοίγοντας διαύλους ιόντων. Με τα κανάλια ανοιχτά, τα κύτταρα δέχθηκαν μια εισροή ιόντων που προκάλεσε τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος, ξεκινώντας την επικοινωνία με έναν άλλο νευρώνα. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι άλλες G-πρωτεΐνες ανταποκρίνονται σε διαφορετικά ανοιχτά χρώματα, αναστέλλοντας ή ενισχύοντας τους διαύλους ιόντων ασβεστίου και την απελευθέρωση επινεφρίνης.
Η έρευνα τελικά προχώρησε από την εφαρμογή της οπτογενετικής σε μια μικρή ομάδα ζωντανών κυττάρων στη χρήση ζωντανών θηλαστικών. Με την εισαγωγή των γονιδίων της οψίνης στον εγκέφαλο των ποντικών, τα κύτταρα άρχισαν να παράγουν τις πρωτεΐνες G. Με αυτές τις πρωτεΐνες G και τις οπτικές ίνες, οι επιστήμονες μπόρεσαν να ελέγξουν τον ρυθμό πυροδότησης των νευρώνων. Ανέπτυξαν επίσης μια μέθοδο μετατροπής μιας μικρής οπτικής ίνας σε ηλεκτρόδιο για την παροχή ηλεκτρικής ανάγνωσης της κυτταρικής δραστηριότητας. Αυτή η διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή επιτρέπει στους ερευνητές να αξιολογούν και να ρυθμίζουν συγκεκριμένες ομάδες κυττάρων οπουδήποτε στον εγκέφαλο.
Συνδυάζοντας μαγνητική τομογραφία (MRI) και οπτογενετική, οι ερευνητές είναι σε θέση να χαρτογραφήσουν τις νευρικές δραστηριότητες και μονοπάτια μέσα στον εγκέφαλο. Διερευνώντας τις περιπλοκές της νευρολογικής λειτουργίας, οι γιατροί αποκτούν καλύτερη κατανόηση του τι συνιστά φυσιολογική και μη φυσιολογική εγκεφαλική δραστηριότητα. Σε αντίθεση με τα φάρμακα και την ηλεκτροθεραπεία, η οπτογενετική επιτρέπει τη ρύθμιση συγκεκριμένων κυττάρων και οδών. Η γνώση και η τεχνολογία που αποκτάται από την οπτογενετική επιτρέπει επίσης τον έλεγχο της λειτουργίας των καρδιακών κυττάρων, των λεμφοκυττάρων και των παγκρεατικών κυττάρων που εκκρίνουν ινσουλίνη.