光遺傳學（optogenetics）又稱光刺激基因工程（optical stimulation plus genetic engineering），是一種通過光學和遺傳學技術在活體動物腦內精準控制細胞行為的技術。由于其高度的時空特異性，光遺傳技術廣泛應用于神經科學領域的研究。
2010年，光遺傳學技術榮膺Nature Methods
年度生命科學技術。 2010年，被Science認為是近十年的突破之一。 光遺傳學技術再次被Nature
Methods評為2016年最值得關注的八項技術之一。 未來，光遺傳技術將對神經及精神領域疾病的治療及神經科學以外的組織功能研究貢獻更多力量。
一． 光遺傳學之前
1979年，Francis Crick提出，神經科學領域急需開發出一種控制技術，進而在不改變其它條件的情況下對大腦里的某種細胞進行操控。由于電刺激信號（electrode）無法對細胞進行精確的定位刺激，而化學藥物起效速度慢，無法精確定時控制，于是Crick考慮是否可以利用光控技術。雖然微生物學家們早已發現一些可以表達可見光敏蛋白（visible light-gated protein），但當時還沒人將此聯系在一起。
圖1. 光遺傳學出現之前神經科學領域的主要研究技術
二．光遺傳學
1.光遺傳學的發展歷程
2005年8月Karl Deisseroth實驗室發表的一篇文章為神經領域的科學家們帶來了一項期待已久的新技術——光遺傳學技術。這項技術的實現基于單組分控制工具——光敏蛋白的發現。
圖2. 光遺傳學的發展歷程
2．光遺傳學原理
在神經元細胞中，細胞膜去極化后會出現動作電位。反之，細胞膜超極化則會抑制峰電位的出現。在神經元細胞中表達可以改變膜電位的外源性光敏蛋白編碼基因，就能夠通過光控操作來控制峰電位開關。
圖3. 神經元的靜息電位和動作電位
這類微生物編碼的視蛋白神經元細胞開關中第一個被使用的就是ChR2（channelrhodopsin-2）。作為一種非選擇性陽離子通道蛋白，在神經元中表達的ChR2在藍光照射下會立即使神經元發生去極化反應，誘發動作電位。
不過，科學家不總是想要激活神經元細胞。有一種名為NpHR的試驗菌視紫紅質蛋白（halorhodopsin）是一種氯離子泵，它所在的神經元細胞被黃光照射之后會發生超級化反應，抑制動作電位的形成。
圖4. 調控膜電位的光遺傳學工具——光敏通道蛋白
（Erika Pastrana，2011）