Optogenetika yra ląstelių veikimo kontrolė naudojant genetinių ir optinių metodų derinį. Šis metodas prasidėjo atradus biochemines medžiagas, kurios sukelia ląstelių atsaką veikiant šviesai. Išskirdami genus, koduojančius šiuos baltymus, mokslininkai naudoja juos, kad paskatintų šviesos reakcijas kitose gyvose ląstelėse. Optogenetikos metu įgytos žinios suteikia mokslininkams daugiau informacijos apie įvairius ligų procesus.
Aštuntajame dešimtmetyje mokslininkai išsiaiškino, kad tam tikri organizmai gamina baltymus, kurie kontroliuoja elektros krūvius, kurie paprastai praeina per ląstelių membranas. Šie baltymai sukėlė sąveiką tarp ląstelių, kai buvo veikiami tam tikro bangos ilgio šviesos. Šiuos baltymus, paprastai vadinamus G baltymais, koduoja genų grupė, vadinama opsinais. Per šį laiką mokslininkai nustatė, kad bakteriorodopsinai reaguoja į žalią šviesą. Tolesni tyrimai atskleidė kitus opsinų šeimos narius, įskaitant kanalrodopsiną ir halorodopsiną.
Per dešimtmetį nuo 2000 iki 2010 m. neuromokslininkai išsiaiškino, kad galima išskirti opsino genus ir įterpti juos į kitas gyvas ląsteles, kurios vėliau įgauna tokį patį jautrumą šviesai. Vienas iš iš pradžių naudotų metodų buvo opsino genų pašalinimas, jų sujungimas su gerybiniu virusu ir įterpimas į gyvus neuronus Petri lėkštelėje. Kai įšvirkštos ląstelės buvo veikiamos žalios šviesos impulsais, neuronai reagavo atidarydami jonų kanalus. Kai kanalai buvo atidaryti, ląstelės gavo jonų antplūdį, dėl kurio tekėjo elektros srovė, pradėdama ryšį su kitu neuronu. Mokslininkai išsiaiškino, kad kiti G baltymai reaguoja į skirtingas šviesos spalvas, slopindami arba sustiprindami kalcio jonų kanalus ir epinefrino išsiskyrimą.
Galiausiai tyrimai pažengė į priekį nuo optogenetikos taikymo mažai gyvų ląstelių grupei iki gyvų žinduolių naudojimo. Į pelių smegenis įvedus opsino genus, ląstelės pradėjo gaminti G baltymus. Naudodami šiuos G baltymus ir šviesolaidžius, mokslininkai sugebėjo kontroliuoti neuronų degimo greitį. Jie taip pat sukūrė metodą, kaip mažą optinį pluoštą paversti elektrodu, kad būtų galima elektra nuskaityti ląstelių aktyvumą. Ši smegenų ir kompiuterio sąsaja leidžia tyrėjams įvertinti ir reguliuoti konkrečias ląstelių grupes bet kurioje smegenų vietoje.
Derindami magnetinio rezonanso tomografiją (MRT) ir optogenetiką, mokslininkai gali nustatyti nervų veiklą ir kelius smegenyse. Ištyrę neurologinių funkcijų sudėtingumą, gydytojai geriau supranta, kas yra normali ir nenormali smegenų veikla. Skirtingai nei vaistai ir elektroterapija, optogenetika leidžia reguliuoti konkrečias ląsteles ir kelius. Optogenetikos žinios ir technologijos taip pat leidžia kontroliuoti širdies ląstelių, limfocitų ir insuliną išskiriančių kasos ląstelių funkciją.