A optogenética introduz proteínas fotossensíveis em células-alvo, permitindo o controle óptico preciso do potencial de membrana sob iluminação específica. Essa abordagem possibilita a manipulação em escala de milissegundos de células individuais ou circuitos neurais, fornecendo uma ferramenta poderosa para o estudo da função de circuitos neurais, mecanismos de doenças e efeitos de medicamentos. As aplicações incluem a análise das relações entre circuitos e comportamento em neurociência, a investigação de distúrbios neurológicos como epilepsia e doença de Parkinson, e a modelagem da eletrofisiologia cardíaca e arritmias.

Experimentos de optogenética frequentemente combinam fluorescência de campo amplo, microscopia de dois fótons ou plataformas de estimulação por fibra óptica. Esses estudos exigem o direcionamento espacial preciso de células ou circuitos, ao mesmo tempo que capturam dinamicamente a atividade elétrica rápida, impondo demandas extremamente altas tanto na resolução espacial quanto na temporal dos sistemas de imagem.