جهش پیشرفته در عینک واقعیت مجازی

جهش پیشرفته در عینک واقعیت مجازی – موش‌ها در ماتریکس: چگونه عینک‌های واقعیت مجازی کوچک تحقیقات مغز را تغییر می‌دهند.

Goggles محققان را قادر ساخت تا برای اولین بار پاسخ به تهدیدات سربار را مطالعه کنند.

محققان دانشگاه نورث وسترن عینک های واقعیت مجازی (VR) جدیدی برای موش ها ساخته اند.

این عینک‌های مینیاتوری علاوه بر زیبا بودن، تجربیات فراگیرتری را برای موش‌هایی که در محیط‌های آزمایشگاهی زندگی می‌کنند، فراهم می‌کند.

 با شبیه‌سازی وفادارانه‌تر محیط‌های طبیعی، محققان می‌توانند با دقت و دقت بیشتری مدار عصبی را که زیربنای رفتار است، مطالعه کنند.

جهش پیشرفته در عینک واقعیت مجازی

در مقایسه با سیستم‌های پیشرفته کنونی، که به سادگی موش‌ها را با صفحه‌های کامپیوتری یا نمایشگر احاطه می‌کنند، عینک‌های جدید جهشی در پیشرفت ایجاد می‌کنند.

 در سیستم‌های کنونی، موش‌ها همچنان می‌توانند محیط آزمایشگاه را که از پشت صفحه‌ها به بیرون نگاه می‌کند، ببینند و ماهیت تخت صفحه‌نمایش‌ها نمی‌تواند عمق سه‌بعدی (3D) را منتقل کند.

 در نقطه ضعف دیگر، محققان نتوانسته‌اند به راحتی صفحه‌هایی را بالای سر موش‌ها نصب کنند تا تهدیدات بالای سر، مانند پرندگان شکاری را شبیه‌سازی کنند.

عینک واقعیت مجازی جدید تمام این مشکلات را دور می زند.

 و با افزایش محبوبیت واقعیت مجازی، عینک‌ها همچنین می‌توانند به محققان کمک کنند تا بینش‌های جدیدی در مورد چگونگی سازگاری و واکنش مغز انسان به قرار گرفتن در معرض مکرر VR به دست آورند – منطقه‌ای که در حال حاضر کمتر شناخته شده است.

این تحقیق در 8 دسامبر در مجله Neuron منتشر شد .

 این اولین باری است که محققان از یک سیستم VR برای شبیه سازی یک تهدید بالای سر استفاده می کنند.

دانیل دامبک از Northwestern، نویسنده ارشد این مطالعه گفت: «در 15 سال گذشته، ما از سیستم‌های VR برای موش‌ها استفاده کرده‌ایم.

 «تاکنون، آزمایشگاه‌ها از کامپیوترهای بزرگ یا صفحه نمایش برای احاطه کردن یک حیوان استفاده کرده‌اند.

 برای انسان ها، این مانند تماشای تلویزیون در اتاق نشیمن است. هنوز کاناپه و دیوارهایت را می بینی.

 نشانه هایی در اطراف شما وجود دارد که به شما می گوید در داخل صحنه نیستید. اکنون به استفاده از عینک واقعیت مجازی مانند Oculus Rift فکر کنید که دید کامل شما را اشغال می کند.

 شما چیزی جز صحنه نمایش داده شده را نمی بینید و برای ایجاد اطلاعات عمقی، صحنه متفاوتی در هر چشم پخش می شود. این برای موش ها گم شده است.»

دامبک استاد نوروبیولوژی در کالج هنر و علوم واینبرگ نورث وسترن است.

 آزمایشگاه او پیشرو در توسعه سیستم های مبتنی بر واقعیت مجازی و سیستم های تصویربرداری مبتنی بر لیزر با وضوح بالا برای تحقیقات حیوانات است.

ارزش VR

اگرچه محققان می توانند حیوانات را در طبیعت مشاهده کنند، تصویربرداری از الگوهای فعالیت مغز در زمان واقعی در حالی که حیوانات با دنیای واقعی درگیر هستند، بسیار دشوار است.

 برای غلبه بر این چالش، محققان واقعیت مجازی را در تنظیمات آزمایشگاهی ادغام کرده اند.

 در این تنظیمات آزمایشی، یک حیوان از یک تردمیل برای حرکت در صحنه‌هایی مانند پیچ ​​و خم مجازی که بر روی صفحه‌های اطراف نمایش داده می‌شود، استفاده می‌کند.

با نگه داشتن ماوس در محل روی تردمیل – به جای اجازه دادن به آن در محیط طبیعی یا پیچ و خم فیزیکی – عصب شناسان می توانند از ابزارهایی برای مشاهده و نقشه برداری از مغز در حین عبور موش از فضای مجازی استفاده کنند.

 در نهایت، این به محققان کمک می کند تا اصول کلی نحوه رمزگذاری مدارهای عصبی فعال شده در طول رفتارهای مختلف را درک کنند.

دامبک گفت: “VR اساساً محیط های واقعی را بازتولید می کند.”

 ما موفقیت های زیادی با این سیستم VR داشته ایم، اما این امکان وجود دارد که حیوانات آنقدر که در یک محیط واقعی هستند غوطه ور نباشند.

 فقط برای اینکه موش ها به صفحه نمایش توجه کنند و آزمایشگاه اطراف خود را نادیده بگیرند، آموزش زیادی لازم است.

معرفی iMRSIV

با پیشرفت‌های اخیر در کوچک‌سازی سخت‌افزار، Dombeck و تیمش به این فکر افتادند که آیا می‌توانند عینک‌های VR را برای تکرار صادقانه‌تر یک محیط واقعی توسعه دهند.

 آنها با استفاده از لنزهای طراحی شده سفارشی و نمایشگرهای مینیاتوری ارگانیک دیود ساطع کننده نور (OLED)، عینک های فشرده ساختند.

این سیستم که Miniature Rodent Stereo Illumination VR (iMRSIV) نامیده می شود، شامل دو لنز و دو صفحه نمایش است – یکی برای هر طرف سر تا به طور جداگانه هر چشم را برای دید سه بعدی روشن کند.

 این یک میدان دید 180 درجه برای هر چشم فراهم می کند که به طور کامل ماوس را غوطه ور می کند و محیط اطراف را حذف می کند.

برخلاف عینک واقعیت مجازی برای انسان، سیستم iMRSIV (تلفظ “غوطه‌ور”) دور سر ماوس نمی‌پیچد.

 در عوض، عینک‌ها به تنظیمات آزمایشی متصل می‌شوند و دقیقاً در جلوی صورت ماوس قرار می‌گیرند.

 از آنجایی که ماوس در جای خود روی تردمیل کار می کند، عینک همچنان میدان دید ماوس را می پوشاند.

جان عیسی، یکی از همکاران فوق دکتری در آزمایشگاه Dombeck و نویسنده اول مطالعه، گفت: “ما یک نگهدارنده سفارشی برای عینک طراحی و ساختیم.” کل صفحه‌نمایش نوری – صفحه‌نمایش‌ها و لنزها – دور تا دور ماوس می‌چرخند.

یادگیری و تعامل پیشرفته

دامبک و تیمش با نقشه‌برداری از مغز موش‌ها دریافتند که مغز موش‌های عینک‌دار به روش‌هایی بسیار شبیه به حیواناتی که آزادانه حرکت می‌کنند، فعال می‌شود.

 و در مقایسه‌های جانبی، محققان متوجه شدند که موش‌های عینک‌دار بسیار سریع‌تر از موش‌های دارای سیستم‌های VR سنتی با صحنه درگیر می‌شوند.

دامبک گفت: «ما همان الگوهای آموزشی را که در گذشته انجام داده‌ایم، پشت سر گذاشتیم، اما موش‌هایی که عینک داشتند، سریع‌تر یاد گرفتند.

 پس از اولین جلسه، آنها می توانستند کار را تکمیل کنند. آنها می دانستند کجا باید بدوند و به مکان های مناسب برای پاداش نگاه می کردند.

 ما فکر می کنیم که آنها در واقع ممکن است به آموزش زیادی نیاز نداشته باشند زیرا می توانند به روشی طبیعی تر با محیط درگیر شوند.

شبیه سازی تهدیدات سربار برای اولین بار

در مرحله بعد، محققان از این عینک برای شبیه سازی یک تهدید بالای سر استفاده کردند – چیزی که قبلا در سیستم های فعلی غیرممکن بود.

 از آنجایی که سخت افزار برای فناوری تصویربرداری از قبل بالای ماوس قرار دارد، جایی برای نصب صفحه نمایش کامپیوتر وجود ندارد.

 با این حال، آسمان بالای یک موش، منطقه‌ای است که حیوانات اغلب به دنبال اطلاعات حیاتی – گاهی مرگ یا زندگی – هستند.

Dom Pinke، یکی از نویسندگان، متخصص تحقیقات در آزمایشگاه Dombeck، گفت: “بالای میدان دید موش برای شناسایی شکارچیان از بالا، مانند یک پرنده، بسیار حساس است.” 

«این یک رفتار آموخته شده نیست. این یک رفتار حک شده است. داخل مغز موش سیم کشی شده است.»

برای ایجاد یک تهدید بزرگ، محققان یک دیسک تاریک و در حال انبساط را در بالای عینک – و بالای میدان دید موش‌ها به نمایش گذاشتند. در آزمایش‌ها، موش‌ها – با توجه به دیسک – یا سریع‌تر دویدند یا یخ زدند.

 هر دوی این رفتارها پاسخ‌های رایج به تهدیدات سربار هستند. محققان توانستند فعالیت عصبی را برای مطالعه دقیق این واکنش ها ثبت کنند.

عیسی گفت: «در آینده، ما می‌خواهیم به موقعیت‌هایی نگاه کنیم که در آن موش طعمه نیست، بلکه شکارچی است.

 «مثلاً می‌توانیم در حالی که یک مگس را تعقیب می‌کند، فعالیت مغز را تماشا کنیم.

 این فعالیت مستلزم درک عمق زیادی و تخمین فاصله است.

 اینها چیزهایی هستند که می توانیم شروع به گرفتن آنها کنیم.»

دسترسی در تحقیقات نوروبیولوژی

دامبک امیدوار است علاوه بر باز کردن دری برای تحقیقات بیشتر، این عینک در را به روی محققان جدید باز کند.

 از آنجایی که عینک‌ها نسبتاً ارزان هستند و نیاز به تنظیمات آزمایشگاهی فشرده‌تری دارند، او فکر می‌کند که می‌تواند تحقیقات نوروبیولوژی را در دسترس‌تر کند.

دامبک گفت: «سیستم‌های VR سنتی بسیار پیچیده هستند. آنها گران هستند و بزرگ هستند.

 آنها به یک آزمایشگاه بزرگ با فضای زیاد نیاز دارند. و علاوه بر آن، اگر آموزش موش برای انجام یک کار زمان زیادی طول بکشد، تعداد آزمایش‌هایی که می‌توانید انجام دهید محدود می‌شود.

 ما هنوز در حال کار بر روی بهبود هستیم، اما عینک‌های ما کوچک، نسبتا ارزان و همچنین کاربرپسند هستند.

 این می‌تواند فناوری واقعیت مجازی را در اختیار آزمایشگاه‌های دیگر قرار دهد.»

جهش پیشرفته در عینک واقعیت مجازی

منبع

مهندس حمید تدینی: نویسنده و وبلاگ نویس مشهور، متخصص در زبان برنامه نویسی و هوش مصنوعی و ساکن آلمان است. مقالات روشنگر او به پیچیدگی های این زمینه ها می پردازد و به خوانندگان درک عمیقی از مفاهیم پیچیده فناوری ارائه می دهد. کار او به دلیل وضوح و دقت مشهور است.