Optogenetica introduceert lichtgevoelige eiwitten in doelcellen, waardoor nauwkeurige optische controle van de membraanpotentiaal onder specifieke belichting mogelijk wordt. Deze aanpak maakt manipulatie van individuele cellen of neurale circuits op millisecondenschaal mogelijk, wat een krachtig instrument biedt voor het bestuderen van de functie van neurale circuits, ziekteprocessen en de effecten van geneesmiddelen. Toepassingen omvatten het ontrafelen van de relatie tussen circuits en gedrag in de neurowetenschappen, het onderzoeken van neurologische aandoeningen zoals epilepsie en de ziekte van Parkinson, en het modelleren van cardiale elektrofysiologie en hartritmestoornissen.

Optogenetische experimenten combineren vaak breedveldfluorescentie, tweefotonenmicroscopie of glasvezelstimulatieplatforms. Deze studies vereisen een ruimtelijk precieze targeting van cellen of circuits, terwijl tegelijkertijd snel elektrische activiteit dynamisch wordt vastgelegd. Dit stelt extreem hoge eisen aan zowel de ruimtelijke als de temporele resolutie van de beeldvormingssystemen.