人脑怎样实现对空间的认知?VR能够助研究人员一臂之力

德克萨斯大学的神经系统科学家Zoltan Nadasdy想要了解脑部的网格细胞是如何帮助我们在世界中确定方位的。他已经用了数年时间来研究动物大脑的空间记忆,而现在,他终于有了第一个研究人类的空间认知,或者说是“人脑的GPS”的机会。

德克萨斯大学Brackenridge医学中心(现在是德克萨斯大学Dell Seton医学中心)的医生团队正在监控癫痫患者,以定位其突然发作的源头。患者在头部佩戴电极,医生们使用的只是收集到的数据中很小的一部分。

大部分时间里,患者的脑部都会呈现出正常的活动,这对于癫痫的研究是没有意义的。但Nadasdy意识到,这对于探索人脑是如何处理信息,是一个极好的机会。他征求了这些患者的同意,和他们一起工作,然后开始探索一系列的现象,有些是和癫痫有关的,有些则是与日常的经验有关的。

尤其是,他想要知道那些让小白鼠具备敏锐的空间知觉的网格细胞是否同样在人脑中发挥作用?

然而,他的被试者并不能自由移动,为了测试他们对空间方位的处理过程,他开发了一款游戏,在游戏中,被试者会在一个虚拟的空间中移动。其首个版本使用了平板电脑,而在最近,Nadasdy正在开发该游戏的VR版本。

“通过使用VR,参与者们不需要离开病床。我只需要帮他们佩戴Oculus Rift,他们就可以开始游戏,”Nadasdy说道。“这些游戏具备非常好的沉浸感,在其中,被试者可以模拟出真实的方位感知体验。”

得克萨斯大学先进运算中心(TACC)的工作人员帮助Nadasdy来优化他的VR体验。他在TACC的视觉实验室对该VR体验的原型进行了测试,一个班的学生可以通过工具对其进行体验,并提供反馈。测试阶段的数据通过TACC强大的高性能电脑进行分析。

他的实验显示,虽然人脑的网格细胞与小白鼠的脑部网格细胞有些类似,但在工作时有着精妙的区别。二者都是通过测量周围的空间来引导方向,并且确定被试者的方位,就像是个性化的谷歌地图。此外,人脑内部的网格细胞还与区域的规模有关,可以区分区域的大小,区分室内或者室外。总之,人脑相比啮齿类动物的脑,能够更好地适应环境的空间背景。

Nadasdy现在正在开发一款VR潜水体验,以研究网格细胞对环境的测量是二维形式还是三维形式。他预计,通过一系列的基于VR的体验,替代传统的实验室,可以探索出其他常规的实验无法获取的人脑工作方式。

“如果我切换下你所处的环境会怎样?”他问道。“你正在办公室里,稍后,你来到了吉萨金字塔。大脑会做出怎样的调节?在真实世界中,我们无法做出这样的实验。但是在VR中,我们能够很简单地完成各种环境的转换,并且测试大脑是如何适应这些改变的。”

最初发布于2018年2月7日

原文链接:https://news.utexas.edu/2018/02/05/virtual-reality-helps-explore-the-gps-of-the-mind