Óculos de realidade virtual em miniatura para ratos podem avançar na pesquisa em neurociência

Os ratos estão entre as espécies animais mais utilizadas em estudos de neurociências, pois são mamíferos (ou seja, o seu cérebro é em alguns aspectos semelhante ao cérebro humano) e a sua genética ou comportamentos podem ser facilmente manipulados em ambientes experimentais. Embora treinar ratos para completar tarefas específicas seja simples, examinar de forma confiável seus processos cerebrais quando estão fora dos ambientes de laboratório é um desafio, devido à incapacidade de levar tecnologias de imagem para fora, ao risco de os ratos escaparem e/ou outras complicações.

Uma solução possível para superar esses desafios poderia ser usar a tecnologia de realidade virtual (VR) ou realidade aumentada (AR) para observar como os ratos se comportam e como seu cérebro responde quando são virtualmente expostos a cenas ou situações específicas. Embora diversas equipes de pesquisa tenham tentado desenvolver óculos ou headsets VR para ratos, nenhuma das soluções desenvolvidas até agora cobre todo o campo de visão dos animais, o que poderia levar a respostas retardadas ou diferentes daquelas que os ratos teriam em condições reais. configurações mundiais.

Pesquisadores da Northwestern University desenvolveram recentemente o iMRSIV (VR de iluminação estéreo para roedores em miniatura), um novo sistema de óculos VR para ratos com campo de visão completo. Neurôniosugere que este sistema poderia ser mais adequado para a realização de pesquisas em neurociência, já que os ratos pareciam responder aos ambientes virtuais apresentados através do iMRSIV mais rapidamente do que quando as cenas eram apresentadas usando outros sistemas VR desenvolvidos anteriormente.

“Os instrumentos mais avançados para visualizar a atividade cerebral são grandes dispositivos de mesa que não podem ser carregados na cabeça de um rato enquanto se movem pelo ambiente”, disse Daniel Dombeck, principal autor do artigo, ao Medical Xpress.

“Em vez disso, mantemos a cabeça de um rato imóvel sob os grandes microscópios (para que possamos estudar seus cérebros) e os deixamos correr em uma esteira montada sob seus membros. Os movimentos da esteira movem o animal através do mundo virtual que é exibido em os óculos de realidade virtual.”

A configuração experimental baseada em VR empregada por Dombeck e seus colegas permite estudar de perto a atividade cerebral de camundongos sob microscópios sofisticados, enquanto os animais navegam virtualmente em ambientes virtuais. Estes ambientes podem simular, por exemplo, labirintos virtuais complexos, espaços exteriores e outros cenários que esperam que suscitem respostas comportamentais específicas.

“Estamos tentando identificar os neurônios exatos no cérebro que estão formando memórias de labirintos e, nesses neurônios, estamos tentando identificar quais sinapses estão sendo modificadas para formar as memórias e através de quais mecanismos essas sinapses são modificadas”, explicou Dombeck. . “Responder a estas perguntas irá ajudar-nos a compreender como os nossos cérebros sabem onde estamos no mundo que nos rodeia, como formamos memórias dessas experiências e, em última análise, como essas memórias são degradadas nas doenças neurodegenerativas”.

Essencialmente, a utilização de ambientes virtuais permite aos neurocientistas responder a questões importantes sobre o que acontece no cérebro do rato em cenários específicos com níveis de precisão sem precedentes (ou seja, utilizando os microscópios mais avançados disponíveis). Para realizar essas experiências envolvendo ratos, Dombeck e seus colegas usaram até agora sistemas de VR baseados em telas grandes, que foram desenvolvidos há mais de uma década, mas esses sistemas têm limitações significativas.

“Com telas grandes, os ratos ainda podem ver a estrutura do laboratório (mesa, postes, suportes de tela, etc.), além do que projetamos nas telas”, disse Dombeck. “Isso cria um conflito entre a cena em movimento à medida que os ratos se movem pelo mundo virtual e uma cena estática do quadro do laboratório, o que achamos que reduz sua imersão no mundo virtual. Além disso, não há informações de profundidade (3D) fornecidas por grandes telas, os ratos veem a mesma cena plana que nós vemos quando assistimos TV.”

Os óculos VR em miniatura criados por esta equipe de pesquisadores superam as limitações dos sistemas VR de tela grande existentes para ratos. Em primeiro lugar, cobrem totalmente o campo de visão do rato, impedindo-o de ver os ambientes do laboratório e outros objetos dentro dele. Além disso, eles permitem que os pesquisadores produzam a chamada visão estéreo, controlando separadamente o que os ratos verão em cada um dos olhos.

“Nosso design de óculos atende a esses critérios em grande parte por meio de lentes exclusivas (personalizadas) que projetamos e construímos especificamente para nossos óculos”, disse Dombeck. “Também utilizamos uma pequena tela OLED flexível (como as dos relógios da Apple) para criar uma superfície de exibição curva, o que também se revelou importante para gerar um grande campo de visão para cada olho do mouse.”

Até agora, Dombeck e seus colegas usaram seu sistema de óculos iMRSIV em um conjunto de experimentos iniciais, onde os ratos foram apresentados a labirintos simples que consistem em longos corredores com uma recompensa escondida dentro deles. Em alguns testes, eles também adicionaram uma simulação “iminente”, com um objeto em movimento aproximando-se do “céu” acima deles.

“Essa estimulação em ambientes reais faz com que os ratos congelem ou fujam, reações que eles têm para sobreviver a um ataque de aves predatórias na natureza”, disse Dombeck. “Notavelmente, os ratos reagiram em nosso sistema de óculos de realidade virtual da mesma maneira que normalmente fazem em ambientes reais. Com esse comportamento em VR, poderíamos então realizar os primeiros estudos de como os sistemas de navegação no cérebro reagem a um estímulo tão iminente ( usando os sistemas avançados de imagem cerebral mencionados acima).”

No geral, as descobertas iniciais recolhidas pelos investigadores sugerem que o seu sistema iMRSIV é muito mais eficaz do que os sistemas VR desenvolvidos anteriormente para ratos, uma vez que provoca respostas comportamentais mais rápidas em ratos. No cenário do “objeto iminente vindo do céu”, eles também revelaram um padrão interessante em alguns ratos.

“Encontramos alguns resultados muito interessantes em alguns ratos”, explicou Dombeck. “Especificamente, quando esses ratos estavam congelando no lugar após o tear, os neurônios de navegação estavam lendo um local diferente de onde os ratos realmente estavam. Era como se esses ratos estivessem pensando onde prefeririam estar (por exemplo, um cofre coberto). localização à frente), em vez de onde eles estavam congelando. Estamos entusiasmados com esses resultados e acompanharemos mais isso, pois eles podem ajudar a explicar como a imaginação surge no cérebro. “

O novo sistema de óculos de realidade virtual criado por Dombeck e seus colegas poderá em breve ser melhorado e usado por outros neurocientistas. No futuro, poderá abrir caminho para novas descobertas interessantes sobre o que acontece no cérebro dos ratos, e potencialmente de outros mamíferos, quando estão em cenários diferentes ou enquanto se envolvem em comportamentos específicos.

“Em nossos próximos estudos, também queremos diminuir os óculos, para que os ratos também possam carregá-los e correr por labirintos virtuais no mundo real”, acrescentou Dombeck.

© 2024 Science X Network