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Nature开创性新技术:真正实现自由活体动物实验

2017/08/25 来源:生物通
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导读
果蝇,鱼和小鼠也可以进入虚拟现实(VR)环境了,来自欧洲的研究人员开发出了一种活体动物仪器,可以更详细地了解在社会环境中动物的大脑如何发挥功能,以及各种因素对动物行为的影响。这一研究成果公布在8月21日的Nature Methods杂志上。


本文转载自“生物通”

果蝇,鱼和小鼠也可以进入虚拟现实(VR)环境了,来自欧洲的研究人员开发出了一种活体动物仪器,可以更详细地了解在社会环境中动物的大脑如何发挥功能,以及各种因素对动物行为的影响。这一研究成果公布在8月21日的Nature Methods杂志上。

文章的通讯作者之一,德国弗赖堡大学的Andrew Straw说,“社会行为的实验有一个最根本的挑战:难以控制真实动物之间的相互影响。通过在未受限制动物中进行VR实验,可以实现单个或者多个‘动物’虚拟相互影响。”

所谓VR,是指一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,它利用计算机生成一种模拟环境,是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。近年来VR游戏进入公众的视野,但是实际上VR在医学方面的应用具有十分重要的现实意义,比如在虚拟环境中,可以建立虚拟的人体模型,帮助科学家更好的了解人体内部各器官结构。

此前就有科学家利用VR来研究果蝇的神经行为,他们将果蝇放到一个屏幕前,屏幕上播放着虚拟现实电子游戏,在这个过程中,他们监测着果蝇大脑的活动。实验结果表明这些小昆虫实际上有自我意识。但是研究表明如果限制动物的行为,可能会产生误导性的研究结果,比如2013年发表的一篇文章(Multisensory Control of Hippocampal Spatiotemporal Selectivity)指出,限制性动物与自由动物相比,VR环境下海马区域的活跃细胞更少。

为了改变这种情况,Straw等人提出了一个名为“FreemoVR”的系统,FreemoVR系统能通过计算机将自由动物放置在一种三维环境中,克服之前的问题。FreemoVR能使实验者控制动物的视觉体验,同时保持对其触觉的自然反馈。

“我们希望能为动物创造一个全息的环境,让它们在能在计算机控制下体验到一个浸入式的环境,从而方便我们观察它们如何看待其它个体,环境以及动物的,”Straw,说。

为了验证FreemoVR对于自然对象反应的检测能力,研究人员还在自由游动的斑马鱼,自由行动的小鼠,以及自由飞行的果蝇中进行了实验,结果显示动物们在虚拟环境下,也出现了与真实情况中相同的对于高度的恐惧。

利用FreemoVR,这一研究团队还发现了野生型和突变型斑马鱼之间以前没有注意到的行为差异,这表明了这一系统的敏感性。之后科学家们进一步探索了真正的斑马鱼与虚拟斑马鱼的社会互动关联规则,发现领头鱼是通过平衡它的游泳方向这一倾向性来与其下属鱼维系社会关系,最大限度地减少失去追随者的风险的。

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