Mus, der navigerer i et virtual reality-miljø, afslører, at vægge, ikke gulve, definerer rummet

Ny forskning offentliggjort i Current Biology kaster lys over, hvordan dyr skaber og vedligeholder interne rumlige kort baseret på deres omgivelser.

Undersøgelsen, ledet af Dr. Guifen Chen fra Queen Mary University of London, dykker ned i hjernen på mus, der navigerer i et todimensionelt virtual reality-miljø (VR), og afslører den overraskende betydning af specifikke visuelle signaler for at bygge og vedligeholde rumlige kort. Den afslører, at specifikke visuelle signaler - i dette tilfælde forhøjede vægge - er afgørende for at stabilisere de neuroner, der er ansvarlige for rumlig navigation i virtual reality (VR).

"Vores resultater giver et væsentligt skridt fremad i at forstå den præcise karakter af den sensoriske information, som dyr brugte til grænsedetektering," siger Dr. Chen. "De fremhæver ikke kun vigtigheden af ​​forhøjede grænser i bygningen af ​​rumlige kort, men afslører også hjernens bemærkelsesværdige evne til at udlede grænser fra sansemotorisk uoverensstemmelse, selv når de ikke er direkte synlige."

Forskerholdet gennemførte et fascinerende eksperiment med virtual reality-teknikker. Mus navigerede i et todimensionelt virtuelt miljø, mens den neurale aktivitet blev overvåget. Specifikt fokuserer undersøgelsen på aktiviteten af ​​neuroner, der er afgørende for navigation:stedceller, som affyres, når dyret er på et bestemt sted, og gitterceller, som danner et sekskantet gitterlignende kort over miljøet.

Dette VR-miljø var en todimensionel verden, der kunne manipuleres til at inkludere eller udelukke forskellige visuelle elementer. Ved at overvåge aktiviteten af ​​disse neuroner kunne forskerne observere, hvordan musenes rumlige kort blev opdateret som svar på manipulationen i VR-verdenen.

Det mest slående fund centrerede sig om rollen som visuelle grænser. Når VR-miljøet inkluderede forhøjede vægge, affyrede stedcellerne og gittercellerne i musenes hjerner konsekvent, hvilket indikerer stabile rumlige kort.

Fjernelse af disse vægge fik imidlertid affyringsmønstrene for disse celler til at blive uregelmæssige, hvilket viser en forstyrrelse i dyrenes evne til at navigere. Interessant nok havde fjernelse af signaler fra gulvet i VR-miljøet ingen væsentlig indflydelse. Dette tyder på, at den specifikke form for visuelle signaler spiller en afgørende rolle for, hvordan dyr bygger og vedligeholder deres indre kort.

Dr. Chen arbejdede sammen med Xiuting Yang, en Ph.D. studerende i sit laboratorium på School of Biological and Behavioural Sciences ved Queen Mary University of London, samt professor Francesca Cacucci, professor Neil Burgess og Dr. Tom Wills ved UCL på dette papir.

Forskerholdet mener, at disse resultater har bredere implikationer for forståelsen af ​​navigation i den virkelige verden.

"Vores resultater tyder på, at den forhøjede - ikke flade - grænse spiller en afgørende rolle i, hvordan dyr opretholder rumlige kort," forklarer Dr. Chen. "Dette kan forklare, hvorfor for eksempel små børn har svært ved at bruge flade konturer af former til rumlig orientering."

Denne undersøgelse åbner døre for yderligere forskning i det indviklede samspil mellem sensorisk information, rumlig hukommelse og navigation. Det kan bane vejen for fremskridt inden for områder lige fra robotteknologi og virtual reality-udvikling til en dybere forståelse af rumlige navigationsforstyrrelser.

Flere oplysninger: Xiuting Yang et al., Visuelle grænsesignaler er tilstrækkelige til at forankre plads- og gitterceller i virtual reality, Current Biology (2024). DOI:10.1016/j.cub.2024.04.026

Journaloplysninger: Nuværende biologi

Leveret af Queen Mary, University of London