La Universidad Northwestern ha dado un paso innovador en la investigación neurobiológica al desarrollar gafas de realidad virtual (VR) especialmente diseñadas para ratones. Más allá de su aspecto tierno, estas gafas en miniatura ofrecen experiencias más inmersivas para los ratones en entornos de laboratorio.
La simulación más fiel de entornos naturales permite a los investigadores estudiar con mayor precisión la circuitaría neural que subyace al comportamiento. En comparación con los sistemas actuales que simplemente rodean a los ratones con pantallas de computadora o proyecciones, estas nuevas gafas representan un salto significativo en el avance tecnológico.
La evolución de la realidad virtual en la investigación animal
A lo largo de los años, la observación de animales en la naturaleza ha sido un desafío para los neurobiólogos, ya que resulta complicado capturar patrones de actividad cerebral en tiempo real mientras los animales interactúan con el mundo real. Aquí es donde la realidad virtual ha encontrado su lugar en entornos de laboratorio. En estos ajustes experimentales, los animales usan una cinta de correr para navegar por escenarios virtuales, como un laberinto proyectado en pantallas circundantes.
«La realidad virtual básicamente reproduce entornos reales», explica Daniel Dombeck de la Universidad Northwestern, en declaraciones recogidas por EurekAlert!. «Hemos tenido mucho éxito con este sistema de realidad virtual, pero es posible que los animales no estén tan inmersos como lo estarían en un entorno real. Se requiere mucho entrenamiento solo para que los ratones presten atención a las pantallas y ignoren el laboratorio que los rodea», agrega.
iMRSIV, un salto cuántico en miniaturización
Con avances recientes en miniaturización de hardware, el equipo de Dombeck se preguntó si podrían desarrollar gafas de realidad virtual para replicar de manera más fiel un entorno real. Utilizando lentes diseñadas a medida y pantallas orgánicas de emisión de luz (OLED) en miniatura, crearon gafas compactas llamadas Miniature Rodent Stereo Illumination VR (iMRSIV). Este sistema consta de dos lentes y dos pantallas, una para cada lado de la cabeza para iluminar cada ojo por separado y lograr una visión en 3D.
«Diseñamos e construimos un soporte personalizado para las gafas», dice John Issa, coautor del estudio. «La pantalla y las lentes rodean completamente al ratón». Aunque no envuelven la cabeza del ratón como las gafas de realidad virtual para humanos, el sistema iMRSIV sigue cubriendo completamente el campo de visión del ratón debido a su disposición en el entorno experimental.
Mapeando los cerebros de los ratones, el equipo de Dombeck encontró que los cerebros de los ratones con gafas se activaban de manera muy similar a la de los animales en movimiento libre. En comparación, notaron que los ratones con gafas aprendían más rápidamente a interactuar con el entorno que los ratones con sistemas VR tradicionales.
«Pasamos por los mismos tipos de paradigmas de entrenamiento que hemos hecho en el pasado, pero los ratones con las gafas aprendieron más rápido», comenta Dombeck. «Después de la primera sesión, ya podían completar la tarea. Sabían dónde correr y miraban a los lugares correctos para recibir recompensas». La hipótesis es que los ratones con gafas podrían no necesitar tanto entrenamiento porque pueden interactuar de manera más natural con el entorno.
Simulando amenazas desde las alturas por primera vez
Posteriormente, los investigadores utilizaron las gafas para simular una amenaza desde arriba, algo que hasta ahora era imposible con los sistemas actuales. Al no haber lugar para montar una pantalla de computadora sobre el ratón, los investigadores proyectaron un disco oscuro y expansivo en la parte superior de las gafas, imitando la parte superior del campo de visión de los ratones.
«La parte superior del campo de visión de un ratón es muy sensible para detectar depredadores desde arriba, como un pájaro», explica Dom Pinke, otro coautor del estudio. «No es un comportamiento aprendido; está cableado dentro del cerebro del ratón». Estas simulaciones permitieron a los investigadores registrar la actividad neural y estudiar en detalle las reacciones de los ratones ante tales amenazas desde arriba.
Haciendo la neurobiología accesible
Más allá de abrir nuevas puertas para la investigación, Dombeck espera que las gafas también faciliten la entrada a nuevos investigadores. Debido a que son relativamente económicas y requieren configuraciones de laboratorio menos intensivas, podrían hacer que la investigación en neurobiología sea más accesible.
«Los sistemas de realidad virtual tradicionales son bastante complicados, caros y grandes. Requieren un laboratorio grande con mucho espacio. Y, además, si lleva mucho tiempo entrenar a un ratón para realizar una tarea, eso limita la cantidad de experimentos que puedes hacer. Aunque aún estamos trabajando en mejoras, nuestras gafas son pequeñas, relativamente baratas y bastante amigables para el usuario. Esto podría hacer que la tecnología de realidad virtual esté más disponible para otros laboratorios», comentó Dombeck.
En cuanto a los próximos pasos, Dombeck y su equipo tienen la intención de explorar situaciones en las que el ratón no es la presa, sino el depredador. «Podríamos observar la actividad cerebral mientras persigue una mosca, por ejemplo. Esa actividad implica mucha percepción de profundidad y estimación de distancias. Son cosas que podemos empezar a capturar», indicó.
