Наступила эпоха виртуальной реальности (VR) с такими гарнитурами, как ХТС Виве и Oculus Rift заселение в жилые комнаты и телефоны с дополненной реальностью в наших карманах. За кулисами виртуальная реальность также позволяет совершить еще одну важную, но, возможно, более тихую революцию в научных исследованиях. Оказывается, виртуальная реальность предназначена не только для людей. Эта технология все чаще используется в лаборатории, чтобы помочь ученым понять поведение животных.
Как бы странно это ни звучало, виртуальная реальность для животных — не новая идея. Любопытные примеры включают в себя авиасимулятор для мотыльков; а виртуальный лабиринт для мышей (создан из программного обеспечения с открытым исходным кодом от Землетрясение 2 видео игра); а ужасающая игра в погоню за рыбками данио и прогулка в лесу за тараканами. Эти подходы оказались невероятно полезными для изучения поведения животных, но у них есть существенный недостаток: они должны каким-то образом ограничивать или контролировать животных, что может вводящие в заблуждение результаты.
Смотрите связанные
Хорошая новость заключается в том, что с последними техническими разработками, особенно в игровой индустрии, полностью захватывающая виртуальная среда, в которой животные могут свободно передвигаться, — это не надуманная идея, как когда-то был. Подумайте об этом как Матрица для животных…
Например, один из последних подходов исходит от Эндрю Стро и его команды из Фрайбургского университета в Германии. Названный FreemoVR, система проецирует реалистичную среду на экран, а затем отслеживает реакцию животных. «С виртуальной реальностью для свободно движущихся животных мы можем позволить животному испытать свое естественное чувство движения — почувствовать растяжение и напряжение мышц при ходьбе. вперед и ощущая ощущение реального поворота — при этом создавая искусственные визуальные миры для таких вещей, как проверка пространственной навигации», — объясняет Солома.
Несмотря на использование передовых технологий, установка довольно проста: это просто зона, где и пол, и стены представляют собой гибкие компьютерные дисплеи. За животными в этой трехмерной среде можно следить с помощью нескольких высокоскоростных камер и датчиков, что означает, что животным не нужно использовать специальные головные уборы, как это было раньше.
(Вверху: FreemoVR’s VR арена для мух. Кредит: Департамент графики MP/IMBA)
«Мы используем комбинацию современных технологий компьютерных игр (проекторы, видеокарты и программное обеспечение) и слежения за животными с помощью камеры, чтобы создать виртуальную реальность для животных, которые свободно перемещаются. Мы можем погружать животных в голографическую реактивную трехмерную [среду], которая по существу ограничена только воображением экспериментатора», — говорит Стро. «Если бы не индустрия компьютерных игр, наша работа была бы невозможна».
Играем в игры с рыбками
Это может звучать как предлог, чтобы играть в игры весь день, но Стро действительно верит, что система может помочь исследователям узнать о поведении животных так, как раньше это было невозможно. По словам исследователя, два основных способа использования этой технологии связаны с пространственным распознаванием и коллективным поведением. Другими словами, как животные узнают об окружающей среде и как они ведут себя по отношению к другим животным. «Животным нужно строить карты того, где они находятся и как тело ощущает собственное движение. Это то, что действительно возможно», — говорит Стро.
Оказывается, животные действительно считают свое трехмерное виртуальное окружение убедительным и реагируют так же, как и в реальном мире. Например, когда в аквариум с рыбками данио вторглись космические захватчики (да, вы правильно прочитали), рыбка «поверила», что приближающаяся толпа реальна, и даже попыталась присоединиться к группе.
Обманывать бедных рыб старыми видеоиграми может показаться немного странным, но эта работа может многое объяснить о том, как животные понимают мир. «Имеет ли значение то, что другие существа в воде выглядят как космические захватчики? Важен ли на самом деле внешний вид или, может быть, модель движения?» — спрашивает Стро, стремясь понять, как рыбы реагируют на другие «вещи» в воде.
(Вверху: Рморская рыба, плавающая в стае «космических захватчиков». Кредит: FreemoVR)
Уникальная дверь в мозг животного
В конечном счете, виртуальная реальность для животных может быть способом лучше понять, почему эти животные делают определенные вещи, что в конечном итоге может также помочь нам понять поведение человека.
Исследователи надеются, что виртуальная реальность (в сочетании с уже существующей технологией измерения мозговой активности в свободном движении) животных) представляет собой уникальную дверь в мозг животного, чтобы изучать их нейронные сигналы в ответ на определенные среда. Например, возможно, знание того, какая часть мозга мыши загорается, когда это маленькое пушистое существо боится, поможет нам понять собственный мозг в стрессовых ситуациях.
Стереовидение
Свободно движущиеся системы виртуальной реальности могут быть более сложными, чем предыдущие методы, но еще есть возможности для улучшения. Некоторые изменения просты, например, сопоставление отображаемых изображений с визуальной чувствительностью животных. Это особенно верно, например, для животных, обладающих ультрафиолетовым зрением. «Это вопрос создания правильного оборудования для проецирования изображения с правильной поляризацией», — говорит Стро. Эта технология уже используется в 3D-кинотеатрах, в которых есть активные поляризаторы, которые очень быстро переключают поляризацию сигнала, чтобы подавать разные сигналы для каждого глаза.
Вторая проблема — стереозрение, и решить ее значительно сложнее. При существующей технологии невозможно визуализировать отдельные изображения для каждого глаза в свободно движущейся виртуальной среде. «Возможно, это более фундаментальная трудность», — говорит Стро. «Вот почему эти наголовные дисплеи так важны для людей — для нас невероятно важно стереозрение». Это не такая большая проблема для лабораторных животных, таких как насекомые или мыши, но если исследователи хотят перейти к более крупным животным, эту проблему необходимо решить. Простое проецирование изображения на стену не подходит для животных, которые полагаются на стереозрение, таких как, например, хищники. Кошки поймут, что на самом деле это не мышь в углу.
Чтобы результаты были значимыми, животные должны быть на 100% «убеждены», что их окружение реально.
В долгосрочной перспективе ученые действительно хотят создать мультисенсорную среду, в которой животные могут не только «видеть» виртуальную реальность, но также «нюхать» и даже «касаться». Чтобы результаты анализа активности мозга были значимыми, животные должны быть на 100% «убеждены», что их окружение реально. В будущем виртуальная реальность, применяемая к животным, может стать невероятным инструментом не только для понимания того, как работает мозг, но, что, возможно, более важно для нас, для изучения того, что происходит, когда что-то идет не так.
Пока это может показаться невозможным, но с учетом того, как развиваются виртуальная реальность и другие технологии, есть вероятность, что это произойдет раньше, чем мы думаем.
