Rivoluzione nella Ricerca: Gli Occhiali VR per Topi
Un team di ricercatori della Northwestern University ha sviluppato un nuovo sistema di realtà virtuale (VR) per topi, sotto forma di occhiali miniaturizzati. Questa innovazione non è solo un simpatico esperimento, ma rappresenta un passo avanti significativo nella simulazione di ambienti naturali per studiare con maggiore precisione i circuiti neurali che regolano il comportamento degli animali.
Un Salto Avanti nella Tecnologia VR
Rispetto ai sistemi attuali, che si limitano a circondare i topi con schermi di computer o proiezioni, i nuovi occhiali VR offrono un’esperienza molto più immersiva. Nei sistemi precedenti, i topi potevano ancora scorgere l’ambiente del laboratorio dietro gli schermi, e la natura piatta di questi ultimi non era in grado di trasmettere la profondità tridimensionale (3D). Inoltre, era difficile montare schermi sopra la testa dei topi per simulare minacce dall’alto, come l’arrivo di predatori volanti.
Con i nuovi occhiali VR, tutti questi problemi vengono superati. Inoltre, con la crescente popolarità della VR, gli occhiali potrebbero aiutare i ricercatori a ottenere nuove intuizioni su come il cervello umano si adatta e reagisce all’esposizione ripetuta alla realtà virtuale, un’area attualmente poco compresa.
La ricerca, pubblicata l’8 dicembre sulla rivista Neuron, segna la prima volta che un sistema VR è stato utilizzato per simulare una minaccia dall’alto.
Il Valore della VR nella Ricerca
Sebbene sia possibile osservare gli animali in natura, è estremamente difficile immaginare schemi di attività cerebrale in tempo reale mentre questi interagiscono con il mondo reale. Per superare questa sfida, i ricercatori hanno integrato la VR negli ambienti di laboratorio. In questi setup sperimentali, un animale utilizza un tapis roulant per navigare in scene proiettate su schermi circostanti, come un labirinto virtuale.
Mantenendo il topo fermo sul tapis roulant, piuttosto che permettergli di correre in un ambiente naturale o in un labirinto fisico, i neurobiologi possono utilizzare strumenti per visualizzare e mappare il cervello mentre il topo attraversa uno spazio virtuale. Questo aiuta i ricercatori a comprendere i principi generali di come i circuiti neurali attivati codificano le informazioni durante vari comportamenti.
Introduzione di iMRSIV
Con i recenti progressi nella miniaturizzazione dell’hardware, Dombeck e il suo team si sono chiesti se fosse possibile sviluppare occhiali VR per replicare più fedelmente un ambiente reale. Utilizzando lenti progettate su misura e display a diodi organici a emissione di luce (OLED) miniaturizzati, hanno creato occhiali compatti.
Denominato Miniature Rodent Stereo Illumination VR (iMRSIV), il sistema comprende due lenti e due schermi – uno per ciascun lato della testa per illuminare separatamente ogni occhio per la visione 3D. Questo fornisce a ciascun occhio un campo visivo di 180 gradi che immerge completamente il topo ed esclude l’ambiente circostante.
A differenza degli occhiali VR per umani, il sistema iMRSIV non avvolge la testa del topo. Invece, gli occhiali sono attaccati all’allestimento sperimentale e si posizionano direttamente di fronte al viso del topo. Poiché il topo corre sul posto su un tapis roulant, gli occhiali coprono comunque il suo campo visivo.
Apprendimento Migliorato e Maggiore Coinvolgimento
Mappando i cervelli dei topi, Dombeck e il suo team hanno scoperto che i cervelli dei topi con gli occhiali erano attivati in modi molto simili a quelli degli animali liberi di muoversi. Inoltre, in confronti diretti, i ricercatori hanno notato che i topi con gli occhiali si impegnavano nella scena molto più rapidamente rispetto ai topi con sistemi VR tradizionali.
“Abbiamo seguito gli stessi paradigmi di addestramento che abbiamo fatto in passato, ma i topi con gli occhiali hanno imparato più rapidamente”, ha detto Dombeck. “Dopo la prima sessione, erano già in grado di completare il compito. Sapevano dove correre e guardavano nei posti giusti per le ricompense. Pensiamo che potrebbero non aver bisogno di tanto addestramento perché possono interagire con l’ambiente in modo più naturale”.
Simulazione di Minacce dall’Alto per la Prima Volta
In seguito, i ricercatori hanno utilizzato gli occhiali per simulare una minaccia dall’alto – qualcosa che era stato precedentemente impossibile con i sistemi attuali. Poiché l’hardware per la tecnologia di imaging si trova già sopra il topo, non c’è spazio per montare uno schermo per computer. Tuttavia, il cielo sopra un topo è un’area in cui gli animali spesso cercano informazioni vitali, a volte questione di vita o di morte.
“La parte superiore del campo visivo di un topo è molto sensibile al rilevamento di predatori dall’alto, come un uccello”, ha detto il co-autore Dom Pinke, uno specialista di ricerca nel laboratorio di Dombeck. “Non è un comportamento appreso; è un comportamento impresso. È cablato nel cervello del topo”.
Per creare una minaccia incombente, i ricercatori hanno proiettato un disco scuro in espansione nella parte superiore degli occhiali - e nella parte superiore del campo visivo dei topi. Negli esperimenti, i topi – notando il disco – o correvano più velocemente o si congelavano. Entrambi i comportamenti sono reazioni comuni alle minacce dall’alto. I ricercatori sono stati in grado di registrare l’attività neurale per studiare queste reazioni in dettaglio.
Accessibilità nella Ricerca Neurobiologica
Oltre ad aprire la strada a ulteriori ricerche, Dombeck spera che gli occhiali aprano la strada a nuovi ricercatori. Poiché gli occhiali sono relativamente economici e richiedono allestimenti di laboratorio meno intensivi, pensa che potrebbero rendere la ricerca neurobiologica più accessibile.
“I sistemi VR tradizionali sono piuttosto complicati”, ha detto Dombeck. “Sono costosi e ingombranti. Richiedono un grande laboratorio con molto spazio. E, oltre a ciò, se ci vuole molto tempo per addestrare un topo a svolgere un compito, ciò limita il numero di esperimenti che si possono fare. Stiamo ancora lavorando su miglioramenti, ma i nostri occhiali sono piccoli, relativamente economici e abbastanza facili da usare. Questo potrebbe rendere la tecnologia VR più disponibile ad altri laboratori”.
Il supporto per lo studio “Full field-of-view virtual reality goggles for mice” è stato fornito dai National Institutes of Health (numero di premio R01-MH101297), dalla National Science Foundation (numero di premio ECCS-1835389), dalla Hartwell Foundation e dalla Brain and Behavior Research Foundation.
