美国加利福尼亚州斯坦福大学的神经科学家Karl Deisseroth有2项重大意义的突破（可谓是科学领域大牛之一），其一是利用对光敏感的藻类蛋白转入神经元后起到“开关”作用，通过光刺激可控制其打开或关闭，这一由Deisseroth开发的技术很快地获得全世界科学家的认可；其二是借助化学处理方法让整个大脑变得“透明”，有助于了解大脑各部分结构和功能的联系。美国斯坦福大学神经解剖学家Richard Tsien是Deisseroth攻读博士学位期间的导师，他说：“我认为该技术能够让我们更清楚地认识大脑里各解剖结构、神经通路及其功能之间的关系。”
Deisseroth攻读博士期间开展了神经元钙离子通道的研究，他认为对着培养皿中的神经元研究抑郁症或焦虑症是远远不够的，应该从整体水平认识大脑对行为的指导作用，于是Deisseroth决定开发一种全脑研究的控制技术，其中的一个方案就是利用光线控制神经元活性，采用的做法是将比较熟悉的视蛋白（光线敏感的离子通道蛋白）插入到神经元细胞膜上。
光遗传学技术的突破
2004年7月已经有自己实验室的Deisseroth成功地让神经元细胞膜上表达视蛋白，另一位合作研究者Boyden回忆称：“试验效果是很不错的，当时感觉就像中了大奖一样。”2005年Deisseroth的光遗传学项目获得了美国国立健康研究院的资助，就在该技术的研究论文发表后，神经学家很快地意识到其潜在价值——对某一类神经元刺激观察反应或刺激整个生物体观察行为表现。
光遗传学技术获得了广泛地应用，其中包括神经干细胞发育和小鼠记起久远的恐惧回忆。此外，该技术让Deisseroth课题小组在精神疾病上取得了一些进展，利用鼠模型研究大脑中焦虑相关的神经回路，发现了一种控制临床不同表现（加快、惊恐和不适等感觉）的神经中枢；用多巴胺神经递质对小鼠神经元进行调控试验（激活或关闭神经元活性），观察受调控的神经元与抑郁症临床表现之间的关系；在试验中戒除了大鼠对可卡因的“毒瘾”，发现了有助于干预治疗的焦虑信号通路。
光遗传学技术
大脑透明技术的突破
2007年Deisseroth发表了嗜盐菌视紫红质蛋白（halorhodopsin）的相关论文，之前一起合作研究的Boyden也发表了该蛋白的论文，这让Deisseroth不再相信其它课题组成员以及在本课题组接受培训的研究人员，尤其是大脑透明技术（CLARITY技术）的研究方面。该技术论文的第一作者Kwanghun Chung称：“Deisseroth一直梦想利用新技术能看穿大脑，而我发现的神奇化学药物帮助他实现这一目标，可以说CLARITY技术是我们俩共同发现的。”
围绕着CLARITY技术，Deisseroth起初想往神经元细胞里注入一种原料，使细胞固定，然后去除细胞外的组织，得到透明的大脑。可后来发现，这种方法很难得到一个稳定的细胞结构，然后他们又尝试了几种细胞骨架材料（如角蛋白和纤维素样结构），最后才确定水凝胶。研究发现，水凝胶骨架可以很好地与神经元细胞组份，包括蛋白质、神经递质、DNA、RNA等结合。将细胞结构锁定之后，再用SDS这种去垢剂洗去细胞上的脂质成份，这样就能得到一个透明的脑组织结构。
CLARITY技术给临床工作带来了一线曙光。在一篇介绍CLARITY技术的论文中，科研人员用这种方法对一位七岁大的自闭症男孩的脑组织进行了分析。结果发现，在这名患儿大脑皮质部分里的神经元细胞像梯子一样地聚集在一起，可是正常情况下这些细胞应该是形成分支状的结构。在对自闭症动物模型的研究工作中也曾经发现过类似的情况，不过有了CLARITY技术，我们就可以更方便地对人类大脑组织进行观察，发现其中的异常情况。
光遗传学技术的发展历程
2002 年Miesenböck 实验室用光受体蛋白来调控神经活动取得成功，为了使光信号受体由DNA 编码，研究人员构建了含果蝇编码Arrestin-2、光受体视紫红蛋白和同源三聚体G 蛋白的整合基因 “chARGe”。该方法虽然新颖，但关系到多个组分，操作并不方便。此外，如果基因操作时用专一的启动子，仅特定的神经元会有反应。如果基因操作时用病毒载体，则某些环路会有反应。
2005 年Kim 等报道将视紫红蛋白的跨膜结构域和α2 肾上腺素能受体的胞浆结构域构成嵌合体在HEK293S 细胞表达，结果在光照后细胞内有依赖于光的CAMP 的合成。科学家可以在活体哺乳动物的目标细胞中操纵cAMP 与肌醇三磷酸CIP3 等细胞内信使分子的浓度，可以用光来调控细胞的一些酶活。
2011年，Caporale 等报道了利用基因工程构建的光控谷氨酸离子通道受体(LiGluR) 来治疗模型动物视网膜变性导致的失明取得成功。LiGluR 在380 nm 光照下由于谷氨酸类似物的定向使通道激活，而在500 nm 光照下由于定向反转，通道就关闭。研究人员将LiGluR 表达于视网膜神经节细胞而不是表达于残存的神经细胞中，这样不会让神经节细胞随神经退行疾病的进展而逐渐死亡。
我国的光遗传学研究
国家自然科学基金对光遗传学方面的项目提供了一定力度的经费支持，以光遗传学为关键词的项目有6个，总金额为910万元，所在的4个学科分别是：神经系统和精神疾病其他科学问题；神经变性、再生及相关疾病；发育神经生物学；神经发育、遗传、代谢相关疾病；痛觉神经生物学。
复旦大学马兰教授负责的项目“药物成瘾相关记忆的神经环路和分子基础” （批准号：91232307）和华中科技大学鲁友明教授负责的项目“神经发生调控老化神经环路重建和记忆的分子机理” （批准号：91232302）获得的经费最多，同时为300万元。
同济大学的张玲教授负责的项目“脑干NE能和5-HT能神经元对急慢性痒的下行调控” （批准号：31271182）和中国科学技术大学的胡兵教授负责的项目“爪蟾蝌蚪嗅球神经环路中间神经元颗粒细胞的动态形态可塑性研究” （批准号：91132724）获得的经费也是等同的，为80万元。
此外，复旦大学张嘉漪教授负责的项目“神经活动对小鼠眼优势发育的影响及其机制”（批准号：31271158）获得了85万元的经费，而中南大学江泓教授负责的项目“DNA甲基化在SCA3/MJD分子发病机制中的作用研究”（批准号：81271260）获得了65万元的经费。
