神経細胞には、神経細胞の発火を引き起こす多くのイオンチャネルが内在しているが、2000年代初頭、Karl DeisserothとEdward Boydenの研究者は、哺乳類の神経細胞に挿入されたChRを利用して、これらの細胞を光で制御するというアイデアの実験を開始し、2005年にオプトジェネティクスが正式に誕生した（Boyden et al.）それ以来、オプトジェネティクスのツールボックスには多くのエキサイティングな新ツールが追加され、この研究分野の飛躍的な拡大を促進している。生物学的に適切な方法で、解剖学的・細胞型特異的に、ニューロンやグリア細胞のスイッチを入れたり切ったりするために光を使うことは、以前は不可能であった神経科学的目標を実現した。この新しい技術の最もエキサイティングな側面のひとつは、行動する動物での使用の可能性である。

げっ歯類における光遺伝学的光刺激は、主にLEDまたはレーザー発光の2つの技術を用いて行われる。この光は、目的の脳領域に埋め込まれたオプトロード（ファイバーの被覆されていない細い部分）に取り付けられる、太いマルチモードの光ファイバーケーブルを使って動物に送られる。オプシンを活性化するのに必要な可視光波長（オプシンによって450～650nm）を照射すると同時に、組織内で十分な光強度と光の広がりを持たせるためには、このような太いケーブル径が必要である。脳組織を透過する光の量は、1）内部での光の散乱、2）組織による光の吸収、3）光ファイバーを出た後の光の円錐状の広がり（「幾何学的減少」）に依存する。これは、散乱・吸収媒質における光の伝播に関するKubelka-Munk理論を用いて定式化することができます（Aravanis et al.）このため、ファイバーの直径は多くの場合100～400uMで、光の拡散を促進するために利用可能な最も広い開口数（0.39NA以上）を使用します。これらすべての変数を考慮して光の広がりを計算するオンライン計算機が開発された。覚醒し、拘束されていない動物に光刺激を与えることは、さまざまな脳領域がどのように行動に影響を与えるかを理解するために不可欠であるが、同時にいくつかの課題もある。

自由に動く動物に光ファイバー光刺激を与えるには、光ファイバーロータリージョイントが必要です。拘束されていない動物が円周方向に動くと、動物の頭部に繋がれた光ファイバーケーブルには、回転と反対方向の弾性力が蓄積される。光ファイバーケーブルは、このような応力がかかると非常に破損しやすくなります。この回転剪断力に対抗するには、光ファイバーパッチケーブルが自由に回転でき、摩擦が非常に少なく、最小限のストレスで動物に自由な動きを与えることが不可欠です。私たちは、Princetel RシリーズのFCレセプタクル付きロータリージョイント（モデルRFC）を使用しています。こうすることで、ファイバーケーブルの種類と理想的な長さを決めることができます。また、ヘッドマウントを外すことなく、慢性的に繋がれている複数の動物に1つの光源を使用できる点もユニークです。これは、ハンドリングのストレスがデータに影響するような状況で非常に役立ちます。Rシリーズは、光遺伝学研究で一般的に使用されるシングルモードおよびマルチモードファイバーに対して、極めて低い挿入損失と優れたリターンロス性能を特徴としています。

オプトジェネティクスが提供する時間的およびニューロン特異的な細胞操作のツールボックスとユニークな利点は拡大し続け、神経科学において最も急成長し、最もエキサイティングな新しい研究分野となっている。この分野が飛躍的に成長し続ける中、Princetel のような、光遺伝学に固有の工学的課題を解決する最前線に立ち続けることにメリットを見出す企業は、脳機能の理解や病状の治療方法の両方において、将来の科学的ブレークスルーをもたらすイノベーションの育成に貢献するでしょう。光遺伝学研究の未来は本当に明るい。

このような場合、"optogenetic"（光遺伝学的）技術によって、齧歯類の運動皮質を生体内で制御することが可能になる。J Neural Eng 4:S143-S156.

Boyden ES, Zhang F, Bamberg E, Nagel G, Deisseroth K (2005) ミリセカンドタイムスケールの、遺伝的に標的化された神経活動の光制御。Nat Neurosci 8:1263-1268.