視蛋白工具箱
寫入從致動器開始。視蛋白工具箱已從最初的藍光陽離子通道（channelrhodopsin-2，具興奮作用）擴展到抑制性離子泵與陰離子通道（具靜默作用）。在前沿最為關鍵的是兩類工程化視蛋白：紅移視蛋白，吸收波長較長、散射較少、穿透較深的光，並騰出藍綠波段供造影使用；以及胞體定向視蛋白，經工程化後留在細胞本體，使落在鄰近軸突與樹突上的雜散光不致造成脫靶放電。
視蛋白光電流隨光子通量飽和。要驅動一次尖峰，需開啟足夠通道以達閾值；視蛋白動力學與組織功率預算決定你能推動多少細胞、以及多快。
為何單細胞需要雙光子
單光子（傳統）照明無法在深度上定址單一細胞。藍光沿整條路徑同時散射並被吸收，因此單一光纖或 LED 會活化一整個錐狀組織——是一根皮質柱，而非一個細胞。雙光子激發解決了此問題，因為激發速率取決於強度的平方：只有在光子密到足以讓一個分子同時吸收兩顆的緊聚焦點處，才會發生有意義的激發。正是這種平方相依，把寫入侷限在三個維度之內。
雙光子激發速率隨強度平方變化——這是光學切片的物理來源，也是單光子光無法達成的單細胞軸向侷限之根源。
全像平行寫入
把單一焦點逐一掃過各細胞是序列且緩慢的——慢到無法在一個神經時間尺度內描繪出一個模式。雙光子全像刺激以電腦生成全像術解決此問題：空間光調變器重塑波前，一次在三維體積中任意位置放置多個繞射極限光點。再結合時間聚焦以收緊軸向，便能以毫秒、近乎單一尖峰的時序，驅動數十至數百個選定細胞。
「植入」活動——以及其誠實的天花板
藉由全像控制，你可以寫入一個定義好的細胞群——依特定順序活化特定的一組細胞——並且在小鼠皮質中，能以此加諸的模式偏置甚至喚起一種知覺並驅動行為。這是里程碑：對運作中的腦進行因果、細胞級解析的寫入。但請留意這誠實的天花板。選定細胞並驅使其產生尖峰已可解決；知道哪一種模式能重現自然運算，則是尚未解決的生物擬真寫入問題。我們能以一套尚不知其文法的字母流暢書寫。