Ljósfræðileg erfðafræði kynnir ljósnæm prótein í markfrumur, sem gerir kleift að stjórna sjónrænni spennu himnunnar nákvæmlega við ákveðna lýsingu. Þessi aðferð gerir kleift að stjórna einstökum frumum eða taugahringrásum á millisekúndna skala og veitir þannig öflugt tæki til að rannsaka virkni taugahringrása, sjúkdómsferli og áhrif lyfja. Notkun hennar felur í sér að greina tengsl taugahringrása og hegðunar í taugavísindum, rannsaka taugasjúkdóma eins og flogaveiki og Parkinsonsveiki, og líkön um rafgreiningu hjartans og hjartsláttartruflanir.

Tilraunir í ljósfræðilegri erfðafræði sameina oft víðsviðsflúrljómun, tveggja ljóseinda smásjárskoðun eða ljósleiðaraörvunarpalla. Þessar rannsóknir krefjast nákvæmrar miðunar á frumur eða rafrásir með mikilli nákvæmni, en jafnframt er krafist öflugrar rafvirkni, sem setur afar miklar kröfur um bæði rúmfræðilega og tímabundna upplausn myndgreiningarkerfa.