Nieuw onderzoek gepubliceerd in Current Biology werpt licht op hoe dieren interne ruimtelijke kaarten maken en onderhouden op basis van hun omgeving.

De studie, geleid door Dr. Guifen Chen van de Queen Mary Universiteit van Londen, duikt in de hersenen van muizen die door een tweedimensionale virtual reality (VR)-omgeving navigeren, en onthult het verrassende belang van specifieke visuele aanwijzingen voor het bouwen en onderhouden van ruimtelijke kaarten. Het laat zien dat specifieke visuele aanwijzingen (in dit geval verhoogde muren) cruciaal zijn voor het stabiliseren van de neuronen die verantwoordelijk zijn voor ruimtelijke navigatie in virtual reality (VR).

"Onze bevindingen vormen een belangrijke stap voorwaarts in het begrijpen van de precieze aard van de sensorische informatie die dieren gebruikten voor grensdetectie", zegt Dr. Chen. "Ze benadrukken niet alleen het belang van verhoogde grenzen bij het maken van ruimtelijke kaarten, maar onthullen ook het opmerkelijke vermogen van de hersenen om grenzen af ​​te leiden uit sensomotorische mismatch, zelfs als ze niet direct zichtbaar zijn."

Het onderzoeksteam voerde een fascinerend experiment uit met behulp van virtual reality-technieken. Muizen navigeerden in een tweedimensionale virtuele omgeving, terwijl de neurale activiteit werd gevolgd. Het onderzoek richt zich specifiek op de activiteit van neuronen die cruciaal zijn voor navigatie:plaatscellen, die vuren wanneer het dier zich op een specifieke locatie bevindt, en rastercellen, die een zeshoekige rasterachtige kaart van de omgeving vormen.

Deze VR-omgeving was een tweedimensionale wereld die kon worden gemanipuleerd om verschillende visuele elementen op te nemen of uit te sluiten. Door de activiteit van deze neuronen te monitoren, konden de wetenschappers observeren hoe de ruimtelijke kaarten van de muizen werden bijgewerkt als reactie op de manipulatie binnen de VR-wereld.

De meest opvallende bevinding concentreerde zich rond de rol van visuele grenzen. Toen de VR-omgeving verhoogde muren bevatte, vuurden de plaatscellen en rastercellen in de hersenen van de muizen consistent, wat stabiele ruimtelijke kaarten aangaf.

Het verwijderen van deze muren zorgde er echter voor dat de schietpatronen van deze cellen grillig werden, wat een verstoring van het navigatievermogen van de dieren aantoonde. Interessant genoeg had het verwijderen van signalen uit de VR-omgeving geen significante impact. Dit suggereert dat de specifieke vorm van visuele signalen een cruciale rol speelt in de manier waarop dieren hun interne kaarten opbouwen en onderhouden.

Dr. Chen werkte samen met Xiuting Yang, een Ph.D. student in haar laboratorium aan de School of Biological and Behavioral Sciences aan de Queen Mary University of London, evenals professor Francesca Cacucci, professor Neil Burgess en Dr. Tom Wills aan de UCL over dit artikel.

Het onderzoeksteam is van mening dat deze bevindingen bredere implicaties hebben voor het begrijpen van navigatie in de echte wereld.

"Onze resultaten suggereren dat de verhoogde (en niet vlakke) grens een cruciale rol speelt in de manier waarop dieren ruimtelijke kaarten onderhouden", legt Dr. Chen uit. "Dit zou kunnen verklaren waarom jonge kinderen bijvoorbeeld moeite hebben om platte contouren van vormen te gebruiken voor ruimtelijke oriëntatie."

Deze studie opent deuren voor verder onderzoek naar de ingewikkelde wisselwerking tussen sensorische informatie, ruimtelijk geheugen en navigatie. Het zou de weg kunnen vrijmaken voor vooruitgang op gebieden variërend van robotica en de ontwikkeling van virtual reality tot een dieper begrip van ruimtelijke navigatiestoornissen.

Meer informatie: Xiuting Yang et al., Visuele grenssignalen zijn voldoende om plaats- en rastercellen in de virtuele realiteit te verankeren, Huidige biologie (2024). DOI:10.1016/j.cub.2024.04.026

Journaalinformatie: Huidige biologie

Aangeboden door Queen Mary, Universiteit van Londen