オプトジェネティクスは、光感受性タンパク質を標的細胞に導入することで、特定の光照射下で膜電位を精密に光学的に制御することを可能にする技術です。この手法により、個々の細胞や神経回路をミリ秒単位で操作することが可能となり、神経回路の機能、疾患メカニズム、薬剤効果の研究に強力なツールとなります。応用例としては、神経科学における回路と行動の関係性の解明、てんかんやパーキンソン病などの神経疾患の研究、心臓電気生理学や不整脈のモデリングなどが挙げられます。

光遺伝学実験では、広視野蛍光顕微鏡、二光子顕微鏡、または光ファイバー刺激プラットフォームを組み合わせることが多い。これらの研究では、細胞や回路を空間的に正確に標的としつつ、高速な電気活動を動的に捉える必要があり、イメージングシステムの空間分解能と時間分解能の両方に極めて高い要求が課される。