研究人员已掌握各种操纵脑细胞活动的方法，其中最强大的是光遗传学，通过这种方法能够以前所未有的精度打开或关闭特定的脑细胞，并同时使用光脉冲记录它们的行为。
这对于探索神经回路和行为非常有用，但首先需要创建具有光敏神经元的基因工程实验鼠，然后插入将光传送到大脑的光纤，因此若在人类身上使用这项技术，这将存在重大的技术和道德伦理障碍。
如今，技术方面的障碍可以通过纳米医学解决这个问题。芝加哥大学的FranciscoBezanilla和他的同事们知道金纳米粒子可以吸收光并将其转化为热量，几年前他们发现红外光可以通过加热细胞膜使神经元激发神经冲动。
因此，他们将金纳米棒连接到三种不同的分子上，这些分子识别并结合细胞膜中的蛋白质——蝎子毒素Ts1，它与参与产生神经冲动的钠通道结合，以及结合P2X3和TRPV1通道的抗体，两者都发现在背根神经节(DRG)神经元中，将触觉和疼痛信息向上传递到脊髓并进入大脑。
研究人员将这些粒子添加到培养皿中生长的DRG神经元中，以便它们与在其表面显示相关蛋白质的细胞结合。然后他们将细胞暴露在毫秒级的可见光脉冲下，这会加热粒子，导致细胞发出神经冲动作为响应。这不仅在孤立的神经元中是可能的，而且在来自大型老鼠海马体的组织切片中也是可能的。在这两种情况下，当以低浓度加入时，颗粒会牢牢固定在原位，允许重复刺激细胞超过半小时。
麻省理工学院PolinaAnikeeva的团队采用了一种略有不同的方法，当球形氧化铁颗粒暴露于交变磁场时发热，达到其目的。
首先，他们将携带TRPV1基因的病毒注射到小鼠的腹侧被膜中，这样神经元就会吸收病毒并显出该基因，从而使它们对热敏感。一个月后，他们将纳米粒子注入大脑的同一部位，然后对其施加磁场。这使得纳米粒子释放出足够的热量来激活TRPV1通道，从而导致神经元发出长长的神经冲动序列。
神经元吞噬氧化铁纳米粒子，研究人员发现他们注射的粒子会持续存在于动物的大脑中，因此它们可以在长达一个月后继续激活腹侧被膜中的细胞，但这同时会造成组织损伤，不过比植入式不锈钢电极造成的组织损伤更小。
这两种方法的特异性都非常有限。金纳米颗粒仅与表达钠通道、P2X3或TRPV1的多种细胞类型结合，而TRPV1病毒和氧化铁颗粒则随机进入注射部位周围的细胞。这很容易解决，因为纳米粒子几乎可以与任何分子结合，但是虽然这两种方法都可以激活神经元，但一旦激活目前还不能抑制它们，而且完全不清楚如何调整它们来实现这一点。
纳米粒子已经被用于其他领域。例如，它们可以瞄准并摧毁恶性细胞，因此在癌症治疗中有着很好的前景。最近，一些研究人员利用它们潜入血脑屏障的能力，并使用它们来可视化和减少大型老鼠的中风损伤和炎症。
虽然仍处于实验阶段，但像这样的研究最终可能会允许对人脑进行无线和微创的深部脑刺激。Bezanilla的小组目标是应用他们的方法来开发治疗黄斑变性和其他杀死视网膜中感光细胞的疾病。这将涉及将纳米粒子注入眼睛，使它们与其他视网膜细胞结合，让自然光激发它们向视神经发出脉冲。