Badania zachowania ofiar rzuca nowe światło na zagadnienie postrzegania głębi
Posiadana przez nas umiejętność intuicyjnego określenia, czy dany przedmiot znajduje się blisko czy daleko, rzadko kiedy stanowi temat naszych przemyśleń. „Kiedy spoglądamy za okno, natychmiast jest dla nas jasne, że chmury na niebie znajdują się znacznie dalej niż ulica, którą mamy przed sobą”, zauważa koordynator projektu MouseDepthPrey Mark Hübener, kierownik grupy badawczej Zakładu Synaps, Obwodów i Plastyczności Instytutu Neurobiologii im. Maxa Plancka w Niemczech. „Układ przetwarzania wizualnego w naszym mózgu ustala to automatycznie. Możemy przez to mieć wrażenie, że przychodzi nam to bez żadnego wysiłku, jednak w tle realizowanych jest wiele procesów, które dają nam tę możliwość”. Światło jest przekształcane przez siatkówki znajdujące się w naszych oczach na sygnały nerwowe. Sygnały te są następnie przetwarzane w celu pozyskania informacji, które pozwalają nam między innymi stwierdzić, w jakiej odległości od naszych oczu znajduje się dany przedmiot. „Obecnie dobrze rozumiemy, w jaki sposób źródła informacji na temat głębi trafiają z oka do mózgu”, mówi Hübener. „Nie jesteśmy natomiast do końca pewni sposobu, w jaki sygnały te łączą się i są następnie przetwarzane, dzięki czemu jesteśmy w stanie postrzegać głębię natychmiast, przy pierwszym spojrzeniu”.
Badanie percepcji głębi
Celem projektu MouseDepthPrey, realizowanego dzięki wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie”, było zrozumienie procesu interpretacji różnych informacji dotyczących głębi przez mózg. „Do znalezienia rozwiązania tego problemu postanowiliśmy wykorzystać myszy”, wyjaśnia Drago Guggiana Nilo, stypendysta działania, który pracował nad projektem. „W pierwszej kolejności musieliśmy znaleźć sposób, aby zapytać mysz o to, jak daleko według niej znajdują się przedmioty”. W tym celu naukowcy wykorzystali instynktowne zachowanie myszy – chwytanie ofiary. Poszukując pożywienia, myszy chętnie polują na świerszcze i inne owady. W tym celu opierają się w dużym stopniu na swoim wzroku, używając między innymi umiejętności postrzegania głębi. Naukowcy zbudowali złożony z 12 szybkich kamer system wideo śledzący pozycję przemieszczającej się myszy. Informacje te zostały wykorzystane do stworzenia środowiska rzeczywistości wirtualnej, w którym punktem obserwacyjnym była perspektywa myszy. Zespół projektu wykorzystał także oprogramowanie opracowane z myślą o grach komputerowych, by zapewnić możliwie maksymalny realizm środowiska. Zatrudniono także profesjonalnego animatora, który stworzył szczegółową postać wirtualnego świerszcza odgrywającego rolę ofiary. Aktywność mózgu myszy podczas chwytania ofiary została zarejestrowana przy pomocy miniaturowego mikroskopu zamontowanego na jej głowie.
Odkrywanie zachowań mózgu
Ten innowacyjny eksperyment wykorzystujący technologię wirtualnej rzeczywistości pozwolił zespołowi na uzyskanie niezwykle szczegółowych opisów zachowań myszy w czasie chwytania ofiary. „Dowiedzieliśmy się, że pomimo tego, że chwytanie ofiar jest zachowaniem wrodzonym, z czasem umiejętności myszy w tym zakresie stają się coraz lepsze”, mówi Guggiana Nilo. „Szczegółowa analiza setek sekwencji polowań wykazała, że myszy postępują zgodnie z zaskakująco stereotypowym wzorcem. To odkrycie może sugerować, że kluczem do sukcesu myszy jest zamęczenie świerszcza”. Wstępne dane uzyskane w toku badania wskazują, że dane dotyczące odległości od świerszcza pojawiają się w pierwotnej korze wzrokowej, czyli pierwszym obszarze mózgu łączącym informacje z obu oczu. Co więcej, informacje dotyczące odległości stanowią raczej właściwość sieciową, nie zaś informację reprezentowaną w określonych neuronach. „Obecnie dążymy do realizacji głównego celu naszego projektu, jakim jest zrozumienie, w jaki sposób myszy łączą informacje dotyczące głębi”, zauważa Hübener. „Obejmuje to opracowanie mysich okularów 3D, które będą niezależnie dostarczać bodźców do oczu zwierzęcia. Zamierzamy w tym celu wykorzystać tę samą technikę, która pozwala nam zobaczyć głębię w kinach 3D”. Hübener uważa, że oprócz uzyskania nowych informacji na temat zjawiska biologicznego zrozumienie postrzegania głębi przyniesie korzyści w wielu nowych dziedzinach, w tym między innymi w zdalnej współpracy, dla której technologie rzeczywistości wirtualnej i rozszerzonej są szczególnie ważne. „Jesteśmy przekonani, że oparte na biologii usprawnienia mogą pomóc w wyeliminowaniu obecnych niedoskonałości tej technologii”, dodaje.
Słowa kluczowe
MouseDepthPrey, mózg, wzrokowa, nerwowa, siatkówki, głębia, światło, kora wzrokowa, 3D, rzeczywistość wirtualna, rzeczywistość rozszerzona
