VR与神经科学的新里程碑：iMRSIV眼镜引领神经生物学研究浪潮

在神经生物学范畴，追求更深入的研讨常常需要创新性的技术手段。比来，西北大学的研讨职员推出了一项引人注视标功效——他们为小白鼠设想了全新虚拟现实（VR）眼镜，这款VR眼镜被命名为Miniature Rodent Stereo Illumination VR（iMRSIV）。

这一冲破性的技术不但供给了更加沉醉式的体验，而且经过更实在地模拟自然情况，使研讨职员可以更正确地研讨行为背后的神经回路。与此前已有的先辈系统相比，这些系统改变了仅仅只是在小白鼠四周堆放屏幕的现状，可以说是完成了一次质的奔腾。

在此前的装备中，小白鼠照旧可以看到从屏幕前面暴露的尝试室情况，而且屏幕的平面性没法转达三维深度。另一个不敷之处则是研讨职员没法轻松地将屏幕安装在小白鼠头上，以便模拟重新顶飞来的威胁，比如迫在眉睫的猛禽。

而新型VR眼镜几近处理了这些题目。而且随着VR的提高，这些眼镜还可以帮助研讨职员深入领会人类大脑若何顺应和对频频打仗VR作出反应——这是今朝知之甚少的范畴。这项研讨近期颁发在《神经元》杂志上。这也是研讨职员初次利用VR系统模拟处于头顶的威胁。

西北大学的丹尼尔·多姆贝克是该研讨的高级作者，他暗示：“在曩昔的15年里，我们一向在为小白鼠利用VR系统。而到今朝为止，尝试室一向利用大型计较机或投影屏幕包围动物。对于人类来说，这就像在客厅里看电视。你照旧能看到你的沙发和你的墙壁。四周有提醒告诉你，你并不在场景内。现在设想一下戴上VR眼镜，比如Oculus Rift，它占据了你的全部视野。你看不到除了投影场景之外的任何工具，而每只眼睛都投影了分歧的场景以建立深度信息。这对于小白鼠来说，一向是缺失的。”

多姆贝克是西北大学魏恩伯格艺术与科学学院的神经生物学教授。他的尝试室在开辟基于VR的系统和动物研讨的高分辨率激光成像系统方面处于领先职位。此次研讨功效无疑为神经生物学范畴带来了新的视角和深度，让人期待未来有更多的创新和冲破。

虚拟现实（VR）的代价

在自然情况中观察动物虽可行，但在动物与实在天下互动时，要实时洞察其大脑活动的形式却小心翼翼，困难重重。为了霸占这一困难，研讨职员奇妙地将VR融入尝试室情况当中。在这些经心设想的尝试场景里，动物们将在跑步机上穿越于虚拟迷宫等投影场景。

经过让小白鼠在跑步机上牢固跑步——而非任其在自然情况或实体迷宫中自在奔驰——神经生物学家得以应用专业工具，在小白鼠穿越虚拟空间时，深入观察和精准绘制其大脑活动。终极，这将有助于研讨职员揭露在各类行为进程中激活的神经回路若何编码信息的一般原则。

多姆贝克坦言：“VR本质上是实在情况的再现。我们的VR系统虽获得了一定成功，但动物能够并未像在实在情况中那样沉醉其中。要让小白鼠专注于屏幕并疏忽四周尝试室的干扰，需要停止大量练习。”

推出iMRSIV

随着硬件微型化的不竭演进，多姆贝克及其团队在尝试进程中灵光一闪，萌生了“能否可以开辟一款虚拟现实（VR）眼镜，以更传神地复制实在情况”的创新想法。操纵定制设想的镜头和微型有机发光二极管（OLED）显现器，他们成功打造出松散型眼镜——iMRSIV。

iMRSIV眼镜精巧细致，由两个镜头和两个屏幕组成——每个头部一个，别离办事于每只眼睛，以确保实现立体3D视觉。这为每只眼睛供给了一个180度的宽广视野，可以让小白鼠完全沉醉其中，并有用屏障四周情况的干扰。

与人类的VR眼镜分歧，iMRSIV（发音为“immersive”）并不会环抱小白鼠的头部。相反，眼镜将毗连到尝试装配上，并间接紧贴在小白鼠眼前。这类怪异的设想是由于当小白鼠在跑步机上奔驰时，眼镜需要始终连结覆盖小白鼠的视野。

多姆贝克尝试室的博士后研讨员、研讨的配合第一作者约翰·伊萨暗示：“我们专门设想并打造了一个用于支持眼镜的支架。全部光学显现系统（屏幕和镜头）慎密围绕着小白鼠，确保其视野始终被出色方崾的虚拟天下所充盈。”

收缩练习时候

经过深入观察小白鼠的大脑活动，多姆贝克及其团队发现，佩戴眼镜的小白鼠的大脑活动方式与自在活动的动物很是类似。横向比力之下，他们发现佩戴眼镜的小白鼠可以比传统虚拟现实系统的小白鼠更快地与场景互动。

“我们采用了曩昔不异的练习范式，但佩戴眼镜的小白鼠的进修速度明显更快，”多姆贝克说。“在第一次练习后，它们就已经可以熟练完成使命。它们晓得在那里奔驰，并在正确的地方寻觅嘉奖。我们以为它们现实上能够不需要那末多的练习，由于它们可以用更自然的方式与情况互动。”

初次模拟头顶威胁

接下来，研讨职员操纵眼镜模拟了“头顶威胁”——这在之前是不成能的，由于现有成像技术的硬件已经位于小白鼠的上方，没有地方安装计较机屏幕。但是，小白鼠上方的天空是动物经常寻觅重要信息（偶然是生死攸关的信息）的地方。

“小白鼠视野的顶部很是敏感，可以从上方检测到捕食者，比如鸟类，”多姆贝克尝试室的研讨专员、配合第一作者Dom Pinke说。“这不是一种学到的行为；这是一种印刻的行为。它在小白鼠的大脑内编码。”

为了制造一种迫在眉睫的威胁，研讨职员将一个黑色的扩大圆盘投影到眼镜的顶部——也就是小白鼠视野的顶部。在尝试中，小白鼠一旦留意到圆盘，要末加速奔驰，要末障碍不前。这两种行为都是对头顶威胁的常见反应，而研讨职员此时就可以记录神经活动以具体研讨这些反应。

伊萨说：“未来，我们希望研讨小白鼠不是被捕食者而是捕食者的情况，例如我们可以观察它追逐苍蝇时的大脑活动。这类活动触及到很多深度感知和估量间隔的进程，这些是我们可以起头捕捉的工具。”

提高神经生物学

神经生物学作为一门研讨神经系统和大脑功用的科学，一向以来都是科学界的重要范畴。但是，由于其复杂性和高技术要求，很多人对这个范畴感应陌生。为了提高神经生物学，让更多人领会这个范畴，多姆贝克及其团队做出了庞大的尽力。

除了为更多的研讨敞开大门，多姆贝克希望这些VR眼镜还能为新的研讨职员敞开大门。由于这些眼镜相对廉价，需要的尝试室装备较少，他以为它们可以使神经生物学研讨加倍轻易展开。

“传统的VR系统相当复杂，”多姆贝克说。“它们高贵而且体积庞大，凡是需要一个占空中积很大的尝试室。而且，练习一只小白鼠完成使命是需要很长时候的，这就限制了你能停止的尝试数目。虽然我们仍在尽力改良，但我们的眼镜玲珑、相对廉价，而且相对来说，对用户友爱，所以这能够使VR技术加倍轻易被其他尝试室采用。”

经过这些眼镜，研讨职员可以更方便地停止神经生物学尝试，而不需要过量的装备和练习时候。这使得更多的研讨职员可以打仗到这个范畴，展开更多的研讨工作。

此外，多姆贝克及其团队的研讨功效也为神经生物学范畴带来了新的视角和深度。他们经过观察小白鼠的大脑活动，揭露了神经回路在各类行为进程中的编码信息的一般原则。这一样对于了解人类大脑的工作机制具有重要意义。

提高神经生物学不但需要更多的人材和资金投入，更需要科学家们的热情和耐心。多姆贝克及其团队的研讨功效为这个范畴的成长注入了新的活力，也为我们更好地领会自己和天下供给了更多的能够性。