ออพโตเจเนติกส์คือการควบคุมการทำงานของเซลล์โดยใช้เทคนิคทางพันธุกรรมและออพติคัล วิธีนี้เริ่มต้นด้วยการค้นพบสารชีวเคมีที่ผลิตการตอบสนองของเซลล์เมื่อสัมผัสกับแสง นักวิทยาศาสตร์ใช้ยีนเหล่านี้ในการกระตุ้นการตอบสนองต่อแสงในเซลล์อื่น ๆ ความรู้ที่ได้รับจากออพโตเจเนติกส์ช่วยให้นักวิจัยเข้าใจกระบวนการโรคต่างๆได้ดียิ่งขึ้น
ในปี 1970 นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าสิ่งมีชีวิตบางชนิดผลิตโปรตีนที่ควบคุมประจุไฟฟ้าซึ่งปกติจะผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ โปรตีนเหล่านี้ทำให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างเซลล์เมื่อสัมผัสกับความยาวคลื่นของแสง โปรตีนเหล่านี้โดยทั่วไปเรียกว่า G-proteins ถูกเข้ารหัสโดยกลุ่มของยีนที่รู้จักกันในชื่อ opsins ในช่วงเวลานี้นักวิจัยพบว่า bacteriorhodopsins ตอบสนองต่อแสงสีเขียว การวิจัยเพิ่มเติมค้นพบสมาชิกคนอื่น ๆ ของตระกูล opsin รวมถึง channelrhodopsin และ halorhodopsin
ในช่วงทศวรรษ 2000 ถึง 2010 นักประสาทวิทยาพบว่ามีความเป็นไปได้ที่จะดึงยีน opsin และใส่เข้าไปในเซลล์ที่มีชีวิตอื่น ๆ ซึ่งจะได้รับแสงที่เหมือนกัน หนึ่งในวิธีการเริ่มต้นใช้เกี่ยวข้องกับการลบยีน opsin รวมกับไวรัสอ่อนโยนและใส่เข้าไปในเซลล์ประสาทสดในจานเลี้ยงเชื้อ เมื่อเซลล์ที่ถูกฉีดสัมผัสกับพัลส์ของแสงสีเขียวเซลล์ประสาทตอบสนองโดยการเปิดช่องไอออน เมื่อเปิดช่องทางเซลล์ได้รับไอออนจำนวนมากซึ่งทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านทำให้เกิดการสื่อสารกับเซลล์ประสาทอื่น นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่า G-proteins อื่นตอบสนองต่อแสงสีที่แตกต่างกันยับยั้งหรือเสริมสร้างช่องทางแคลเซียมไอออนและการปลดปล่อยอะดรีนาลีน
ในที่สุดการวิจัยก็คืบหน้าจากการใช้ออพโตเจเนติกส์กับเซลล์มีชีวิตขนาดเล็กเพื่อใช้กับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ด้วยการแนะนำยีนออพซินเข้าสู่สมองของหนูเซลล์เริ่มผลิตโปรตีนจี ด้วย G-proteins และไฟเบอร์ออปติกเหล่านี้นักวิทยาศาสตร์สามารถควบคุมอัตราการยิงของเซลล์ประสาทได้ พวกเขายังพัฒนาวิธีการแปลงใยแก้วนำแสงขนาดเล็กเป็นอิเล็กโทรดเพื่อให้การอ่านค่าไฟฟ้าของกิจกรรมของเซลล์ การเชื่อมต่อคอมพิวเตอร์สมองช่วยให้นักวิจัยประเมินและควบคุมกลุ่มเซลล์เฉพาะที่ใดก็ได้ในสมอง
ด้วยการรวมการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก (MRI) และออพโตเจเนติกส์นักวิจัยสามารถทำแผนที่กิจกรรมของระบบประสาทและเส้นทางภายในสมอง โดยการสำรวจความซับซ้อนของการทำงานของระบบประสาทแพทย์จะได้รับความเข้าใจที่ดีขึ้นในสิ่งที่ถือเป็นกิจกรรมสมองปกติและผิดปกติ ซึ่งแตกต่างจากยาและไฟฟ้า, ออพโตเจเนติกส์ช่วยให้สามารถควบคุมเซลล์และทางเดินเฉพาะ ความรู้และเทคโนโลยีที่ได้รับจากออพโตเจเนติกส์ยังช่วยให้การควบคุมการทำงานของเซลล์หัวใจ, เซลล์เม็ดเลือดขาวและอินซูลินหลั่งเซลล์ตับอ่อน
