VR-bril voor muizen. Wacht wat?

Een muis met een virtual reality-bril? Nu heb ik het allemaal gezien.

Het gaat erom alles aan de muis te laten zien. Hersenonderzoekers willen dit graag doen door een muis los te laten in een kleine speeltuin terwijl hij zijn hersenen onderzoekt. Maar tot sondes behoren lasers, microscopen en andere apparaten die te zwaar zijn voor zo’n klein hoofd.

Elk muisoog beslaat 140 graden, net zoveel als beide menselijke ogen samen – beter voor het detecteren van een havik tijdens de vlucht.

Onderzoekers van Northwestern University ontwikkelden zeventien jaar geleden een oplossing voor virtual reality. Ze lieten de muizen een scherm zien waarop een kunstmatige wereld te zien was. De muizen konden die wereld vervolgens verkennen door zich op een soort loopband te bewegen, ook al zaten hun hoofdjes stevig op hun plaats onder de microscoop. Het probleem was dat de muis door de opstelling het apparaat zelf en delen van het laboratorium kon zien, waardoor de virtuele ervaring werd verstoord. Zo geminiaturiseerd zijn de glazen, die de arbeiders deze week in het tijdschrift beschrijven Neuron.

Deze angstaanjagende roofvogel is een virtueel ding dat de muis ziet, samen met een niet-virtuele loopband waarop de muis trapt.youtube.be

Het moeilijkste onderdeel van miniaturisatie, zegt prof. Daniel Dombeck, de natuurkundige die het onderzoek leidde, was bezig met het creëren van een lens die het gezichtsveld van een muis zou kunnen overspannen. Elk muisoog beslaat 140 graden, evenveel als beide menselijke ogen samen, en die beweging werkt niet alleen horizontaal maar ook verticaal, waardoor het dier overlappende gezichtsvelden krijgt, en dus dieptewaarneming voor, achter en boven – des te beter voor het detecteren van een duikende havik.

Hersentests uitgevoerd tijdens virtuele excursies brachten veel punten aan het licht die ook van toepassing zijn op het menselijk brein, dat homoloog is aan het brein van muizen, merkt Dombek op. “We hebben ontdekt dat knaagdieren ‘plaatscellen’ in hun hersenen hebben die op specifieke plekken in de kamer vuren. Als je nu door de kamer zou lopen, zouden er verschillende cellen op verschillende locaties vuren. -dat is eigenlijk een kaart in je hoofd. Als je dan nadenkt over waar je bent geweest, vuren die cellen opnieuw. Dit hebben we allemaal van knaagdieren geleerd.’

Je kunt veel doen met analogieën tussen muizen en mensen. Als we kunnen begrijpen hoe de hersenen de virtuele wereld waarnemen, kunnen we betere brein-machine-interfaces ontwerpen. Artsen kunnen dergelijk bewijsmateriaal ook gebruiken om neurologische ziekten te diagnosticeren en te behandelen.

Onderzoeksdieren kregen vaak de kans om op een machine te spelen, zelfs zo simpel als een hamsterloopwiel. Sommige onderzoekers hebben de waarde van dergelijk werk in twijfel getrokken omdat dieren in gevangenschap zich onnatuurlijk gedragen omdat ze geïsoleerd zijn van hun natuurlijke omgeving. In 2014 hebben wetenschappers deze theorie in twijfel getrokken door loopwielen in het wild te plaatsen; ze ontdekten dat knaagdieren – en zelfs een enkele kikker – graag op die wielen wilden spelen.

Genieten de muizen van de Northwestern University van hun virtuele avonturen?

“Ik denk van wel”, zegt Dombeck. “Als ze de keuze hebben om op een loopband te rennen of beloond te worden met iets lekkers, kiezen ze er vaak voor om te rennen. Zodra we deze bril op zetten, beginnen ze rond te rennen en hun omgeving te verkennen.”

Een van de problemen bij het bestuderen van muisgedrag is het gevaar dat je verkeerd interpreteert wat de muis voelt en denkt. In zijn toespraak aan de Stanford University in 1974 riep natuurkundige Richard Feynman experimentele psychologen op omdat ze concludeerden dat muizen doolhoven uitsluitend oplosten door middel van ruimtelijke conceptualisering, terwijl uit onderzoek bleek dat ze ook sensorische middelen gebruikten, met name het gevoel van de vloer onder hun voeten.

Dombeck is het daarmee eens. “Dat is precies hoe een natuurkundige als ik dit soort problemen benadert”, zegt hij. “Je wilt alle variabelen kennen, en als je ze niet kunt beheersen, wil je er op zijn minst iets van maken dat geen deel uitmaakt van het experiment, of ze onder controle houden. Hetzelfde geldt voor het reuksysteem: we hebben experimenten uitgevoerd waarbij de visuele en de reukwerkelijkheid tegelijkertijd plaatsvonden; we kunnen beloningen krijgen voor gedrag dat gebaseerd is op de ene zintuiglijke modaliteit, maar niet op de andere. Muizen letten op de zintuiglijke modaliteit die beloningen biedt en beginnen de andere modaliteit als afleider te beschouwen.”

Noem het muizengeur.

“We plaatsten een neuskegel op de muis en lieten lucht stromen waarin we verschillende geuren mengden, allemaal op een snelle en gecontroleerde manier”, om ervoor te zorgen dat wat de ogen zien overeenkomt met wat de neus ruikt, zegt hij. “We hebben bewezen dat muizen kunnen navigeren met behulp van alleen olfactorische signalen, iets wat mensen niet kunnen doen.”

Onderzoekers werken aan een systeem, zegt Dombeck, dat dat werk zou repliceren met behulp van een nieuwe VR-bril om de echte omgeving zo goed mogelijk te reproduceren.

“Het is niet zo gedetailleerd als de ‘Matrix’, maar het is goed genoeg voor experimenten”, zegt Dombeck.