Kvantefysiske knep
De fleste relevante lysfølsomme eller fluorescerende proteinene krever lys med nokså høy energi for å bli stimulert (blått-grønt). Det medfører varmeskade i vevet og begrenser hvor dypt vi kan «se» (< 50 μm eller ett par cellelag).
I 1990 ble det mulig å utvikle lasere som var kraftige nok til å oppnå den kritiske «fotonkonsentrasjon» for å stimulere et molekyl med to eller flere lyspartikler samtidig (8). Laserne pulserer med ultrakorte (femtosekund) pakker med høy tetthet av lyspartikler, og kalles derfor ofte femtosekundlasere. Når to eller flere fotoner treffer et fluorokrom på likt, slår energien seg sammen, og det medfører at man kan bruke lyspartikler som enkeltvis har lav energi (lang bølgelengde, rød og infrarød farge). Dermed reduseres vevsskaden, samtidig som dybden på hva vi kan se, øker eksponensielt (vanligvis 500 til 1 000 μm, siden lysspredning er eksponentielt korrelert med mindre bølgelengde). Teknikken kalles tofoton- eller multifotonmikroskopi, og har i likhet med konvensjonell lysmikroskopi høy oppløselighet i tid (under 100 ms) og rom (under 1 μm). Det muliggjør blant annet studier av enkeltsynapser i hjernen.
Andre gjennombrudd innen optiske bildeteknikker, slik som akustooptiske modulatorer (AOM) er også i senere tid blitt kombinert med tofotonmikroskopi. Dette har økt hastigheten på bildeopptaket fra tre per sekund til tusener og gjør det mulig å avbilde elektriske enkeltimpulser (9). De såkalte femtosekundlaserne som brukes til slik forskning, kan også brukes til å skjære med mikrometers presisjon dypt i vev, slik som hornhinne eller linse, uten å skade strukturer på vei inn. Denne teknikken står for noen av de siste gjennombruddene innen operativ korreksjon av brytningsfeil og fjerning av grå stær (såkalt femto-LASIK, SMILE og FLACS) (10).
Nye optiske knep har gitt flere uante muligheter. De har muliggjort visualisering av fyrende nerveceller i hjernebarken på mus som beveger seg i en virtuell labyrint (11), og har belyst spørsmål om hvordan minner lagres (12, 13) og hvordan epileptiske kramper oppstår (14, 15).