Die Optogenetik schleust lichtempfindliche Proteine ​​in Zielzellen ein und ermöglicht so die präzise optische Steuerung des Membranpotenzials unter gezielter Beleuchtung. Dieser Ansatz erlaubt die Manipulation einzelner Zellen oder neuronaler Schaltkreise im Millisekundenbereich und stellt ein leistungsstarkes Werkzeug zur Untersuchung der Funktion neuronaler Schaltkreise, von Krankheitsmechanismen und Arzneimittelwirkungen dar. Anwendungsgebiete sind die Analyse von Zusammenhängen zwischen Schaltkreisen und Verhalten in den Neurowissenschaften, die Erforschung neurologischer Erkrankungen wie Epilepsie und Parkinson sowie die Modellierung der kardialen Elektrophysiologie und von Herzrhythmusstörungen.

Optogenetische Experimente kombinieren häufig Weitfeldfluoreszenz, Zwei-Photonen-Mikroskopie oder faseroptische Stimulationsplattformen. Diese Untersuchungen erfordern eine räumlich präzise Zielsteuerung von Zellen oder Schaltkreisen bei gleichzeitiger dynamischer Erfassung schneller elektrischer Aktivität, was extrem hohe Anforderungen an die räumliche und zeitliche Auflösung der Bildgebungssysteme stellt.