鼠類專用頭顯為囓齒類動物帶來身臨其境的VR世界
雖然聽起來像是買給寵物老鼠的可愛禮物,但一套新的虛擬實境眼鏡卻有更嚴肅的用途。 發明者說,它們有助於推進阿茲海默症和其他腦部疾病的研究。
看過老鼠走迷宮的人都知道,這種動物經常被用於研究,以了解大腦的運作方式。 例如,就在今年,對囓齒動物的研究表明,激活某些腦細胞不僅延緩衰老,還能延長它們的壽命。 2024 年的另一項研究表明,大腦如何儲存三份記憶。 去年的一項研究表明,大腦的調整如何導緻小鼠睡眠減少,但卻感覺像休息了更長時間一樣清醒。
小鼠研究對於揭示阿茲海默症的病因也至關重要。 例如,發明這種新型護目鏡的康乃爾大學的研究人員之前就發現患病小鼠大腦中的血流量減少。
首席研究員克里斯-沙弗(Chris Schaffer)說:”從這個角度來看,這非常令人興奮,嘿,也許你能為阿茲海默症做些什麼,從而恢復一些認知功能。下一步是揭示血流改善是如何改善大腦神經元功能的。
對這些額外功能的需求促成了這項設備的誕生,該團隊將其恰當地命名為”MouseGoggles”。
雖然科學家曾經嘗試利用視訊影像來繪製小鼠大腦內部的反應,但傳統方法產生的光線和聲音實際上會幹擾正在進行的實驗,或者對小鼠根本沒有明顯的影響。 我們的想法是,虛擬實境裝置可能會產生不同的效果。
沙弗說:”我們能讓行為任務越身臨其境,我們要研究的大腦功能就越自然。”
為了製造MouseGoggles,研究人員使用了現成的零件,特別是智慧手錶的顯示器。
這項研究的合著者馬修-艾薩克森(Matthew Isaacson)說:”這絕對得益於黑客精神,即利用為其他東西製造的部件,然後將其應用到新的環境中。 事實證明,適合滑鼠VR 頭戴裝置的完美尺寸顯示器幾乎已經為智慧手錶製造出來了。
當研究小組將他們的研究報告以及護目鏡的製造規格提交給《自然方法》雜誌發表時,一位匿名審稿人建議在每個目鏡中增加一組小型攝像頭,這樣就可以追蹤動物的瞳孔。
與人類的VR頭顯不同,MouseGoggles 不允許囓齒動物自由活動。 相反,老鼠被綁在頭盔上,戴著它在一個類似球的跑步機上行走。 不過,研究團隊表示,他們下一步將開發移動式護目鏡,可以戴在大鼠或樹鼩等大型囓齒動物的頭上。
在測試中,小鼠對黑暗形狀向它們移動的VR 片段做出了顯著反應。
艾薩克森說:”當我們在典型的大螢幕VR 設定中進行這種測試時,小鼠完全沒有反應。但幾乎每一隻小鼠,在第一次戴上眼鏡看到它時,都會跳起來。
其他測試使用了大腦螢光追蹤技術,以確保大腦受到護目鏡的適當刺激。 事實上,研究人員能夠觀察到初級視覺皮層的活動,這證實了護目鏡能夠正確地將清晰的影像傳輸到囓齒動物的視網膜上。 他們也看到了海馬體的活動,這表明小鼠能夠正確地繪製虛擬環境。
除了創造更輕盈、移動性更強的MouseGoggles 外,研究團隊還表示,創造一個能刺激視覺以外的感官的系統也很有趣。
“我認為小鼠的五感虛擬實境技術是一個實驗方向,”沙弗說,”我們正試圖了解這些非常複雜的行為,小鼠正在整合感官信息,將機會與內部動機狀態(如休息和食物需求)進行比較,然後決定如何行動。
該研究已被接受發表,現在可見於Nature Methods。