Исследовательская группа, возглавляемая Мэттью Айзексоном из американского Корнеллского университета, представила бинокулярную систему виртуальной реальности для экспериментов с мышами. Аппарат предназначен для поддержки нейробиологических и поведенческих исследований и представляет собой значительное улучшение по сравнению с традиционными панорамными мониторами.
Использование виртуальной реальности в лабораторных условиях позволяет проводить фундаментальные нейрофизиологические исследования, которые требуют фиксации головы животного для записи активности мозговых структур. Традиционные методы, такие как проекционные экраны и светодиодные дисплеи, имеют свои ограничения и сложности в установке, а также могут нарушать чистоту экспериментов из-за конструктивных недостатков, располагаясь на расстоянии 10–30 сантиметров от глаз и частично заслоняя изображение частями датчиков и корпусов. Для решения этих проблем исследователи создали бинокулярную ВР-систему.
Система включает два круглых светодиодных дисплея и линзы Френеля. Она также позволяет животному с зафиксированной головой передвигаться, вращая трекбол, который служит устройством ввода. Информацию обрабатывает компьютер Raspberry Pi с движком Godot, которые соединили с дисплеями по интерфейсу SPI и с диспенсером съедобного вознаграждения по USB. Эта система, названная MouseGoggles, способна создавать сцены с частотой 80 кадров в секунду и задержкой 130 миллисекунд. По меркам человеческих устройств такая задержка очень велика.
Расстояние от дисплея диагональю 2,76 сантиметра до линзы диаметром 1,27 сантиметра составляет сантиметр, от линзы до глаза — 1,5 миллиметра. Корпус устройства, изолирующий глаза от внешней среды, напечатали на 3D-принтере. Сферическое искажение дисплеев линзой обеспечивает почти постоянное угловое разрешение 1,57 пикселя на градус и частоту Найквиста 0,78 цикла на градус. Это выше остроты мышиного зрения. Бинокулярное горизонтальное поле зрения достигает 230 градусов с примерно 25-градусным перекрытием. Есть монокулярный вариант системы с полем зрения 140 градусов.
В качестве испытаний системы исследователи проводили монокулярную стимуляцию анестезированной мыши с фиксированной головой и двухфотонную визуализацию токов кальция (GCaMP6s) в зрительной коре. Дисплей давал на 99,3% меньше светового загрязнения, чем обычный LED-монитор, для флуоресцентной визуализации без фильтров или экранирования. Медианный радиус рецептивного поля составил 6,2°. Контраст по полунасыщенности достиг 31,2%. Максимальный нейроответ наблюдался при пространственной частоте 0,042 цикла на градус. Бинокулярную систему успешно испытали в ходе записи электрических импульсов от CA1-нейронов гиппокампа.
Для проверки формирования условных рефлексов реципиентов в течение пяти дней тренировали в замкнутом линейном виртуальном пространстве с едой на конкретных участках. В резльтате для этих мест у животных выработался условный рефлекс облизывания в ожидании подкрепления. При первичном неожиданном показе виртуального объекта большинство мышей реагировали испугом, подаваясь назад с выгнутой спиной и поджатым хвостом. При использовании обычных мониторов этого не происходило.
Результаты показали, что MouseGoggles обеспечивает более глубокое погружение животных в виртуальную реальность, что делает технологию ценным инструментом дальнейших исследований.
Кроме того, система доступна для широкой аудитории, так как использует серийные компоненты стоимостью менее $200. Вся необходимая информация и программное обеспечение опубликованы в открытом доступе, что способствует распространению технологии среди исследователей.
Оригинальный отчёт об исследовании читайте в PDF.
Не пропускайте важнейшие новости о дополненной и виртуальной реальность — подписывайтесь на Голографику в Telegram, ВК и Twitter! Поддержите проект на Boosty.
Далее: ВР-приложение Novobeing для снятия стресса обещает тестерам бесплатный пожизненный доступ
