Miševi su među životinjskim vrstama koje se najviše koriste u studijama neuronauke, jer su sisari (tj. njihov mozak je na neki način sličan ljudskom mozgu) i njihovom genetikom ili ponašanjem se može lako manipulisati u eksperimentalnim okruženjima. Dok je obuka miševa za obavljanje određenih zadataka jednostavna, pouzdano ispitivanje njihovih moždanih procesa kada su van laboratorijskog okruženja je izazovno, zbog nemogućnosti da se tehnologije za snimanje iznesu napolje, rizika da će miševi pobeći i/ili drugih komplikacija.
Jedno moguće rešenje za prevazilaženje ovih izazova moglo bi biti korišćenje tehnologije virtuelne realnosti (VR) ili proširene stvarnosti (AR) za posmatranje kako se miševi ponašaju i kako njihov mozak reaguje kada su virtuelno izloženi određenim scenama ili situacijama. Dok nekoliko istraživačkih timova pokušava da razvije VR naočare ili slušalice za miševe, nijedno od do sada razvijenih rešenja ne pokriva celokupno vidno polje životinja, što bi moglo dovesti do odloženih ili drugačijih odgovora od onih koje bi miševi imali u stvarnosti. svetske postavke.
Istraživači sa Univerziteta Northvestern nedavno su razvili iMRSIV (minijaturno stereo osvetljenje glodara VR) novi sistem VR naočara za miševe sa punim vidnim poljem, njihov rad, objavljen u Neuronu, sugeriše da bi ovaj sistem mogao biti pogodniji za sprovođenje istraživanja neuronauke, kao Činilo se da miševi reaguju na virtuelna okruženja predstavljena kroz iMRSIV brže nego kada su scene predstavljene korišćenjem drugih prethodno razvijenih VR sistema.
„Najnapredniji instrumenti za snimanje moždane aktivnosti su veliki, stoni uređaji koji se ne mogu nositi na glavi miša dok se kreću kroz okolinu“, rekao je Daniel Dombeck, glavni autor rada, za Medical Kspress.
„Umesto toga, držimo glavu miša i dalje pod velikim mikroskopima (da bismo mogli da proučavamo njihov mozak) i puštamo ih da trče na traci za trčanje postavljenoj ispod njihovih udova. Pokreti trake za trčanje zatim pomeraju životinju kroz virtuelni svet koji je prikazan u VR naočare.“
Eksperimentalna postavka zasnovana na VR koju koriste Dombeck i njegove kolege omogućava im da pomno proučavaju moždanu aktivnost miševa pod sofisticiranim mikroskopima, sve dok se životinje virtuelno kreću u virtuelnom okruženju. Ova okruženja mogu da simuliraju, na primer, složene virtuelne lavirinte, spoljašnje prostore i druge scenarije za koje očekuju da će izazvati specifične reakcije u ponašanju.
„Pokušavamo da identifikujemo tačne neurone u mozgu koji formiraju sećanja na labirinte, a u tim neuronima pokušavamo da identifikujemo koje sinapse se modifikuju da bi se formirale sećanja i kroz koje mehanizme se te sinapse modifikuju“, objasnio je Dombeck. . „Odgovaranje na ova pitanja će nam pomoći da razumemo kako naš mozak zna gde se nalazimo u svetu oko nas, kako formiramo sećanja na ta iskustva, i na kraju, kako se ta sećanja degradiraju u neurodegenerativnim bolestima.
U suštini, korišćenje virtuelnog okruženja omogućava neuronaučnicima da odgovore na važna pitanja o tome šta se dešava u mozgu miša u specifičnim scenarijima sa nivoom preciznosti bez presedana (tj. korišćenjem najnaprednijih dostupnih mikroskopa). Da bi sproveli ove eksperimente koji uključuju miševe, Dombeck i njegove kolege su do sada koristili VR sisteme zasnovane na velikim ekranima, koji su razvijeni pre više od jedne decenije, ali ovi sistemi imaju značajna ograničenja.
„Sa velikim ekranima, miševi i dalje mogu da vide laboratorijski okvir (sto, stubove, držače ekrana, itd.) pored onoga što projektujemo na ekranima“, rekao je Dombek. „Ovo stvara sukob između pokretne scene dok se miševi kreću kroz virtuelni svet i statične scene laboratorijskog okvira, za koju mislimo da smanjuje njihovo uranjanje u virtuelni svet. Takođe, nema informacija o dubini (3D) koje pruža veliki na ekranima, miševi jednostavno vide istu ravnu scenu kao i mi kada gledamo TV.“
Minijaturne VR naočare koje je kreirao ovaj tim istraživača prevazilaze ograničenja postojećih VR sistema sa velikim ekranom za miševe. Prvo, oni u potpunosti pokrivaju vidno polje miša, čime ih sprečavaju da vide laboratorijsko okruženje i druge objekte u njemu. Pored toga, oni omogućavaju istraživačima da proizvedu takozvani stereo prikaz, odvojeno kontrolišući šta će miševi videti u svakom od svojih očiju.
„Naš dizajn naočara postiže ove kriterijume uglavnom kroz jedinstveno (prilagođeno) sočivo koje smo dizajnirali i napravili posebno za naše naočare“, rekao je Dombeck. „Takođe smo iskoristili mali fleksibilni OLED ekran (poput onih u Apple satovima) da napravimo zakrivljenu površinu ekrana, što se takođe pokazalo važnim za stvaranje velikog vidnog polja za svako oko miša.
Dombeck i njegove kolege su do sada koristili svoj iMRSIV sistem naočara u setu početnih eksperimenata, gde su miševi predstavljeni jednostavnim lavirintima koji se sastoje od dugih hodnika sa nagradom skrivenom u njima. U nekoliko pokušaja, dodali su i simulaciju „nadolazeće“ sa pokretnim objektom koji se približava sa „neba“ iznad njih.
„Ova stimulacija u stvarnom okruženju uzrokuje da se miševi smrznu ili pobjegnu, reakcije koje moraju da prežive napad ptica grabežljivaca u divljini“, rekao je Dombeck. „Naročito je da su miševi reagovali na isti način u našem sistemu VR naočara kao što obično rade u stvarnom okruženju. Sa ovim ponašanjem u VR, mogli bismo da izvedemo prve studije o tome kako navigacioni sistemi u mozgu reaguju na tako nadolazeći stimulus ( koristeći napredne sisteme za snimanje mozga pomenute gore).“
Sve u svemu, početni nalazi koje su prikupili istraživači sugerišu da je njihov iMRSIV sistem daleko efikasniji od prethodno razvijenih VR sistema za miševe, jer izaziva brže reakcije ponašanja kod miševa. U scenariju ‘predećeg objekta sa neba’, takođe su otkrili zanimljiv obrazac kod nekoliko miševa.
„Pronašli smo neke veoma zanimljive rezultate kod nekoliko miševa“, objasnio je Dombek. „Konkretno, kada su se ovi miševi smrzavali na mestu nakon razboja, navigacioni neuroni su čitali drugu lokaciju od one na kojoj su miševi zapravo bili. Kao da su ovi miševi razmišljali o tome gde bi radije bili (npr. lokacija napred), umesto na mestu gde su se smrzavali. Uzbuđeni smo zbog ovih rezultata i pratićemo više o ovome jer bi mogli da pomognu da se objasni kako se mašta pojavljuje u mozgu.“
Novi sistem VR naočara koji su kreirali Dombeck i njegove kolege uskoro bi mogao biti dodatno poboljšan i korišćen od strane drugih neuronaučnika. U budućnosti bi to moglo otvoriti put zanimljivim novim otkrićima o tome šta se dešava u mozgu miševa, a potencijalno i drugih sisara, kada se nalaze u različitim scenarijima ili dok se bave određenim ponašanjem.
„U našim narednim studijama, takođe želimo da smanjimo naočare, tako da ih miševi mogu nositi i trčati kroz virtuelne lavirinte u stvarnom svetu“, dodao je Dombek.
