Wissenschaftler in den USA nutzen computergenerierte Bilder und Virtual Reality (VR) -Techniken aus der Film- und Spieleindustrie, um die Forschung in den Neurowissenschaften voranzutreiben.

Zwei Projekte, die von der University of Southern California in Los Angeles und von der University of Utah am 2017 Society für Neurowissenschaften Jahrestreffen In Washington gab DC der Öffentlichkeit eine Vorschau auf die Auswirkungen von VR in der Hirnforschung.

Kombination von Visualisierungssoftware und VR für virtuelle Präparationen

Das erste Projekt demonstrierte die Arbeit eines Teams von Forschern der USC Mark und Mary Stevens Neuroimaging und Informatik Institut, der eine Software entwickelte, die es Wissenschaftlern ermöglicht, das menschliche Gehirn in 3D zu betrachten und virtuelle Dissektionen durchzuführen.

Die jüngsten Ergebnisse geben Wissenschaftlern und Forschern die Möglichkeit, Neuronen und Hirnstrukturen im Detail zu betrachten.

"Das Gehirn ist natürlich 3D und wir messen es in 3D mit Magnetresonanztomographie (MRT). Wir waren jedoch immer gezwungen, es durch 2D-Flachbildschirme zu betrachten, was von Natur aus begrenzt ist", sagte Professor Tyler Ard, ein Neurowissenschaftler am Stevens Neuroimaging and Informatics Institute. "Wir wollten herausfinden, ob wir die jüngsten VR-Verbesserungen nutzen können, um MRT-Daten in ihrem natürlichen 3D-Zustand anzuzeigen und damit zu interagieren und die Vorteile zu erkunden, die sich daraus ergeben."

Ard und seine Kollegen verwendeten Computer-Rendering-Techniken, um große Datenmengen in Bilder zu übertragen. Das Team hat eine Software entwickelt, die das schnelle Importieren von Daten erleichtert und den Code für andere Forscher frei verfügbar macht.

Das Team kombinierte die Visualisierungssoftware mit neuen VR-Techniken, um Neurowissenschaftlern einen virtuellen Blick auf das menschliche Gehirn zu ermöglichen.

Eine der unmittelbaren Auswirkungen dieser Forschung wird in der Bildung sein, sagte Ard.

"Die Art und Weise, wie meine Generation von Neurowissenschaftlern Neuroanatomie lernte, stammte größtenteils von Professoren an der Vorderseite eines Klassenzimmers, die 2D-'Scheiben 'und -Figuren durchgingen und immer wieder sagten:" Stellen Sie sich das jetzt in 3D vor ", sagte Ard. „Diese nicht intuitive Lernstrategie hinterlässt den Schülern oft kein konkretes Verständnis der Gehirnstruktur.“

Diese Forschung kommt zu einem entscheidenden Zeitpunkt auf dem Gebiet der Neuroimaging. Mit der wachsenden Menge an Informationen und Konzepten, die die Schüler verstehen müssen, ist es für die Forscher unbedingt notwendig, Wege zu finden, um das Lernen für die Schüler einfacher und schneller zu machen, sagte Ard.

"Als Beispiel für das Wachstum des Feldes können MRTs nun die einfache Gehirnstruktur überwinden und auch funktionelle Wechselwirkungen sowie anatomische 'Verdrahtungsdiagramme' des Gehirns betrachten", sagte Ard. „Neuroimaging in der virtuellen Realität (NIVR) ermöglicht es, all diese Arten von Informationen über ein Medium zu untersuchen, das die konzeptionelle Barriere beseitigt, mit der man sich vorstellen kann, wie dies wirklich aussieht. "

Die Forscher wollen ihr Programm NIVR nächstes Jahr veröffentlichen.

Verwenden von VR zum Verfolgen von Neuronen

Das zweite Projekt demonstrierte die Arbeit eines Teams von Forschern der Universität von Utah, die einen Weg entwickelt haben, VR zu verwenden, um Neuronen zu verfolgen.

Es gibt 50,000-Neuronen mit nahen 6,000-Verbindungen zu benachbarten Neuronen in nur einem Kubikmillimeter menschlichen Gehirngewebes.

Herkömmliche Techniken zur Verfolgung von Neuronen beinhalten, dass ein Wissenschaftler die 2D-Computerbilder betrachtet und sie ständig dreht, um zu sehen, was sich hinter den Zweigen des Neurons verbirgt.

Mit der neuen Methode können Forscher 3D-Bilder von Neuronenbahnen erstellen und sortieren. Die Wissenschaftler können Headsets und Handsteuerungen verwenden, um hinter Neuronen zu rotieren und zu schauen.

"In den meisten Labors wird dieser Prozess manuell durchgeführt und ist ein ziemlich zeitaufwendiger Engpass in der gesamten Pipeline, die gescanntes Gewebe bis zur endgültigen Analyse der Struktur benötigt, an der die Wissenschaftler interessiert sind." Will Usher, eine wissenschaftliche Mitarbeiterin im Masterstudium Valerio Pascucci's Labor an der Universität von Utah, die das Programm demonstrierte. "Ein Tool, das diese Zeit verkürzt und ihnen hilft, ihre Daten schneller zu verstehen, hilft sehr."

Um das Programm zu testen und zu vergleichen, kartierte das Team von vier Neurowissenschaftlern Neuron-Bilder unter Verwendung eines herkömmlichen Desktop-Computers und der neuen VR-Technik. Die neue Methode war nachweislich 1.7-mal schneller als die herkömmliche Technik und genauso effektiv.

Das Team plant, sein VR-Tool in mehreren Labors zu testen und basierend auf dem Feedback Anpassungen vorzunehmen, sagte Usher.

In den kommenden Monaten wollen die Forscher ihr VR-Tool für weitere Mitglieder in ihrem Bereich zugänglich machen.

"Aus diesem Grund möchten wir es auf Steam bereitstellen, was eine bequeme Plattform für die Verteilung von VR-Programmen darstellt, und wir planen, den Code auch auf Github bereitzustellen", sagte Usher.

Das Team plant, die Plattform für kommerzielle VR-Geräte im nächsten Monat oder spätestens im Januar 2018 zu veröffentlichen.