Virtual Reality - Forscher bauen Holodeck für Maus und Fisch

21. August 2017 - 17:10

Um Tieren möglichst authentisches Verhalten unter kontrollierten Bedingungen zu entlocken, setzen Wissenschafter auf eine künstlich hergestellte, virtuelle Umgebung - ein Holodeck für Mäuse, Fliegen und Fische. Das mag paradox klingen, die nun im Fachblatt "Nature Methods" vorgestellte Entwicklung mit Beteiligung österreichischer Forscher funktioniert aber erfolgreich nach diesem Prinzip.

Tierisches Verhalten kann in veränderlichen Umgebungen analysiert werden
Tierisches Verhalten kann in veränderlichen Umgebungen analysiert werden

Ähnlich wie im fiktionalen Holodeck in "Star Trek" lässt sich die Umgebung mit dem von einem Forscherteam aus Österreich und Deutschland entwickelten "FreemoVR"-System gezielt herstellen. Im Kern handelt es sich dabei um eine Art Multifunktions-Arena, deren Wände und Boden aus Computerdisplays mit beliebig formbaren Projektionsflächen bestehen. Bespielt wird diese virtuelle Realität (VR) mit Grafiken auf Basis von Computerspiel-Technologie.

Zu diesem ausgeklügelten Aufbau greifen die Wissenschafter, da Forschung an Versuchstieren, die sich frei bewegen können, zwar die besten Aufschlüsse über deren reales Verhalten und somit die vielversprechendsten Einblicke in die zugrunde liegenden Abläufe im Gehirn der tierischen Probanden liefert, die praktische Umsetzung aber schwierig ist. Wollte man bisher die Tiere unter vergleichbaren Bedingungen bestimmten Szenarien aussetzen, musste meistens ihr Bewegungsspielraum mit verschiedenen Methoden eingeschränkt werden. Das limitierte wiederum die Aussagekraft vieler Experimente, denn "unser Gehirn hat sich ja nicht unter Laborbedingungen entwickelt", sagte die an der Arbeit beteiligte Kristin Tessmar-Raible von den Max F. Perutz Laboratories (MFLP) der Uni Wien und MedUni Wien zur APA.

Bisherige Einschränkungen teilweise umgangen

Mit dem neuen System können die Forschungsgruppen um Andrew Straw von der Uni Freiburg (vorher Institut für Molekulare Pathologie (IMP) Wien) und Tessmar-Raible nun die meisten bisherigen Einschränkungen umgehen, in dem die Tiere eben frei die komplett computergenerierte 3D-Umgebung erkunden - und zwar gehend, schwimmend oder fliegend. Das System erlaube es, "natürliche Umgebungen zu machen, die immer noch recht standardisiert sind", sagte Tessmar-Raible, die das System für Forschung an Zebrafischen einsetzt. Zusätzlich können die Bedingungen sehr schnell verändert werden, ohne dass die Tiere dabei in ein neues Umfeld gesetzt werden müssen. "Man kann sie so sozusagen auch etwas fragen: Nämlich, möchtest du lieber in dieser oder jener Umgebung schwimmen? Das geht ohne VR gar nicht."

Wie die Tiere auf VR reagieren, testen die Wissenschafter seit einiger Zeit aus. Eine zentrale Frage ist etwa, ob der schnelle Umgebungswechsel die Fische verwirrt. "Sie sind aber sehr ruhig und schwimmen gemütlich. Sie scheinen keine Angst davor zu haben - so viel kann man schon sagen", erläuterte Tessmar-Raible. Die Wiener Gruppe fand mittels FreemoVR beispielsweise bisher unbemerkte Verhaltensunterschiede zwischen zwei Zebrafisch-Stämmen.

Höhenangst im virtuell erhöhten Labyrinth

Bisher ging man davon aus, dass zwischen dem Wildtyp und einem mutierten Stamm kein Verhaltensunterschied besteht. Doch alleine schon das Erscheinungsbild der Tiere legte den Verdacht nahe, dass dem nicht so ist, sagte die Forscherin. In Tests, bei denen die Wissenschafter die Fische mit verschieden großen Punkten in bestimmte Bahnen lenkten, zeigte sich tatsächlich, dass sie anderes Schwimmverhalten an den Tag legten, das vermutlich auf unterschiedliche Wahrnehmung zurückzuführen ist. Tessmar-Raible: "Dieser Unterschied ist aber nicht so stark, als dass man es mit bisherigen Methoden hätte wahrnehmen können." Die Gruppe von IMP-Forscher Wulf Haubensack konnte mit dem System zeigen, dass Mäuse auch in einem rein virtuell erhöhten Labyrinth Höhenangst empfinden, was man sich in der Zukunft für pharmakologische Studien zunutze machen kann.

Da die Hardware für FreemoVR von Straw großteils selbst entwickelt wurde und in der Forschungsgemeinde durchaus Nachfrage danach herrsche, wird die Innovation u.a. durch die in Niederösterreich ansässigen Firma "loopbio" vermarktet.

Service: http://dx.doi.org/10.1038/NMETH.4399; Homepage des Unternehmens: www.loopbio.com

(APA/red, Foto: APA/https://strawlab.org/freemovr)



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