سترتدي فئران المختبر الآن الواقع الافتراضي على سماعات رأس مصنوعة خصيصًا، حيث يتطلع العلماء إلى تحقيق اختراقات في أبحاث الدماغ البشري.
من خلال البحث حول كيفية تسجيل أدمغة الفئران لبيئتها، يمكن للعلماء الحصول على رؤية أفضل لكيفية رسم أدمغة البشر للمساحات المادية المحيطة بهم، مما يفتح الباب لفهم وعلاج اضطرابات الحركة والتوازن.
للحصول على بيانات جيدة حول كيفية عمل دماغ الفأر، يحتاج العلماء إلى محاكاة العالم الحقيقي بشكل صحيح
ومن المثير للدهشة أن أحد مجالات الدراسة الشائعة في سلوك الفأر هو كيفية معالجة التهديدات القادمة من الأعلى.
فكر في النسور أو الصقور، الطيور الجارحة التي ترى الفأر بمثابة لقمة مثالية من الطعام.
الآن، قام فريق من العلماء في جامعة نورث وسترن بتطوير طريقة لجعل هذه التجربة تبدو أكثر واقعية بالنسبة للفئران.
يمكن لجهاز جديد وضع الفئران في بيئة محاكاة غامرة تشغل مجال رؤيتها بالكامل، وذلك بفضل سماعة الرأس التي تضع شاشة فوق كل عين.
ويقول العلماء الذين يقفون وراءها إنها أبسط وأرخص من الأجهزة التقليدية، مما يجعل العلم متاحًا بشكل أكبر.
لدى العلماء بالفعل طرق لغمر الفئران في البيئات البصرية، لكنها لا تغطي مجال رؤية الفأر بالكامل، مما يترك فجوات عند الحواف حيث يمكنهم رؤية المختبر أو حتى العلماء من زاوية أعينهم.
وقال دانييل دومبيك، كبير مؤلفي الدراسة، أستاذ علم الأحياء العصبي في جامعة نورث وسترن: “على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية، كنا نستخدم أنظمة الواقع الافتراضي للفئران”.
وقال: “حتى الآن، تستخدم المختبرات أجهزة كمبيوتر كبيرة أو شاشات عرض لإحاطة الحيوان”.
يدعي مطوروه أن الجهاز الجديد يحسّن بشكل كبير الخيارات الموجودة
ويعني هذا عادةً وضع الفئران أمام شاشة مكونة من 5 لوحات.
“بالنسبة للبشر، هذا يشبه مشاهدة التلفزيون في غرفة المعيشة الخاصة بك. مازلت ترى أريكتك وجدرانك. هناك إشارات من حولك تخبرك أنك لست داخل المشهد. فكر الآن في ارتداء نظارات الواقع الافتراضي، مثل Oculus Rift، التي تغطي رؤيتك الكاملة. لا ترى أي شيء سوى المشهد المعروض، ويتم عرض مشهد مختلف في كل عين لإنشاء معلومات عميقة. وهذا مفقود بالنسبة للفئران.
في هذا الجهاز الجديد، المسمى iMRSIV (Miniature Rodent Stereo Illumination VR)، يتم تزويد كل عين بفيديو يملأ حوالي 180 درجة من الرؤية.
ظهرت الدراسة في مجلة نيورون يوم الجمعة.
يمكن للفأر أن يرى حوالي 140 درجة حوله بكل عين، وتتداخل عيناه بزاوية 40 درجة، مما يمنحه رؤية مجهرية في هذا النطاق.
لذا، إذا أراد العلماء منحهم تجربة واقعية، فلا يمكنهم فقط إسقاط 180 درجة على كل عين ثم التوقف عن ذلك.
منظر داخلي لسماعة الرأس iMRSIV. تقوم كل عدسة بتوجيه الصورة من شاشة صغيرة إلى عين الفأر
يجب أن تتشارك الصورتان في 40 درجة من التداخل – وإلا سيعرف الفأر أن هناك شيئًا مريبًا.
لقد قاموا ببناء كل نصف من المجموعة بأكملها باستخدام شاشة OLED صغيرة، وعدسة مقعرة مصنوعة خصيصًا، وإطار مطبوع ثلاثي الأبعاد.
ثم اختبروه.
وضع العلماء كل فأر في جهاز يُبقي رأسه مثبتًا في مكانه، بينما تظل قدميه حرتين على جهاز المشي – فكر في الإعداد المثالي لألعاب الواقع الافتراضي.
تم توصيل الفئران بهذا الجهاز، وتم تدريبها على الجري على طول مسار افتراضي.
وكتب مؤلفو الدراسة أنهم وصلوا في المتوسط إلى “مستويات الخبراء” بعد حوالي ستة أيام من التدريب.
ثم قاموا بتدريبهم على رؤية جسم يلوح في الأفق فوق رؤوسهم.
وفي البيئة الغامرة للمسار المحاكى، أضافوا جزءًا حيث يختفي السقف فجأة وتوجد مساحة مفتوحة بالأعلى.
باعتبارها حيوانات مفترسة صغيرة، تجد الفئران أن هذا الوضع مثير للقلق بشكل فريد.
بالمقارنة مع الفئران التي تشاهد شاشة عرض تقليدية مكونة من 5 لوحات، تجمدت الفئران التي ترتدي سماعة الرأس VR بشكل أكثر موثوقية – وهي علامة على الخوف أو القلق.
وكتبوا أن الحيوانات التي تشاهد الشاشة التقليدية لم تر سوى ظل الجسم، مما يجعلها غير فعالة نسبيًا.
بعد ذلك، وجّه الفريق مجهرًا ثنائي الفوتون إلى رؤوس الفئران للتجسس على الخلايا العصبية في أدمغتها.
على وجه التحديد، نظروا إلى خلايا المكان، والخلايا العصبية المرتبطة بالذاكرة المكانية والتنقل في الفضاء المادي.
ووجدوا أن التوقيعات الدماغية لدى الفئران التي ترتدي الواقع الافتراضي كانت مماثلة لتلك الموجودة في الفئران التي كانت تتجول بحرية، مما يؤكد صحة فكرة أن هذا النظام يمكنه محاكاة الفضاء المادي بدقة.
كانت نتائج أدمغتهم استكشافية، حيث كان المقصود من الدراسة تحديد الخطوط العريضة لتطور الجهاز والتحقق من صحته، بدلاً من إجراء تجارب محددة.
وقال جون عيسى، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر دومبيك والمؤلف الأول المشارك للدراسة، في بيان: “في المستقبل، نود أن ننظر إلى المواقف التي لا يكون فيها الفأر فريسة ولكنه مفترس”.
“يمكننا أن نشاهد نشاط الدماغ أثناء مطاردة الذبابة، على سبيل المثال. يتضمن هذا النشاط الكثير من إدراك العمق وتقدير المسافات. هذه هي الأشياء التي يمكننا البدء في التقاطها.
ومع ذلك، فإن بساطة الإعداد تعتبر ميزة.
وقال دومبيك: “إن أنظمة الواقع الافتراضي التقليدية معقدة للغاية”.
“إنها باهظة الثمن، وهي كبيرة.” إنها تتطلب معملًا كبيرًا بمساحة كبيرة. علاوة على ذلك، إذا استغرق تدريب الفأر على القيام بمهمة ما وقتًا طويلاً، فإن ذلك يحد من عدد التجارب التي يمكنك إجراؤها. ما زلنا نعمل على التحسينات، ولكن نظاراتنا صغيرة الحجم ورخيصة نسبيًا وسهلة الاستخدام أيضًا. وهذا يمكن أن يجعل تقنية الواقع الافتراضي متاحة بشكل أكبر للمختبرات الأخرى.