Wetenschappers hebben een holodeck voor dieren gemaakt in ‘Star Trek’-stijl

Om te testen hoe dieren op nieuwe omgevingen reageren, hebben wetenschappers een holodeck gemaakt – een virtual reality-kamer waar afbeeldingen op muren geprojecteerd kunnen worden –, dat rechtstreeks uit Star Trek lijkt te komen.

Volgens Andrew Straw, hoogleraar aan de Universiteit van Freiburg en hoofd van Straw Labs, hebben wetenschappers lang willen testen hoe dieren hun omgeving waarnemen en erop reageren. Echter kleefden er een aantal nadelen aan de bestaande testmethoden: als je dieren in een 'echte wereld' uitzet, hebben wetenschappers minder controle over bepaalde variabelen, zoals waar een dier naar kijkt. Ondertussen bestaan er al wel virtual reality-systemen voor proefdieren, maar dat is niet helemaal hetzelfde: die systemen verstoren de zintuigen van een dier, doordat ze bijvoorbeeld wel beweging zien, maar hun evenwichtsorgaan die niet waarneemt omdat het een gesimuleerde beweging is. Daardoor werkt het experiment minder goed.

Daarom besloten Straw en zijn team een holodeck te ontwerpen, een ruimte waarin afbeeldingen worden geprojecteerd op de muren en vloer. Daardoor kunnen ze testen hoe dieren als vissen, vliegen en muizen (drie diersoorten die vaak in neurobiologisch onderzoek worden gebruikt) op hun omgeving reageren. Hun proof-of-concept, een nieuwe tool om ruimtelijke cognitie te bestuderen, wordt omschreven in een nieuw onderzoek dat maandag in Nature Methods werd gepubliceerd. Straw gaf aan dat de technologie die ze gebruikten te danken is aan de game-industrie.

In een experiment moest een vis door een tank zwemmen waar Straw en zijn team aliens uit Space Invaders in projecteerden. Deze geanimeerde wezens bewogen zich aan de hand van het Boids-algoritme, dat zwermbewegingen simuleert. Straw legde uit dat de keuze op Space Invaders viel, om – door iets heel kunstmatigs te laten zien – de grenzen van hun systeem op te rekken.

"En het was deels ook gewoon voor de lol," zei Straw.

Bij een ander experiment moest een vis de bewegingen van een virtuele soortgenoot door een tank heen volgen. Straw zei dat co-auteur Iain Couzin al in 2005 voorspelde dat dit mogelijk was, zolang de virtuele vis maar af en toe pauzeerde om te kijken of de echte vis hem wel volgde. Alleen dan zou de echte vis geloven dat de simulatie echt was.

"Het stelde ons in staat om een theoretische voorspelling te bevestigen van twaalf jaar geleden, die anders heel lastig te testen zou zijn geweest," zei Straw.

De onderzoekers gebruikten het holodeck ook om vast te stellen hoe muizen reageren op hoogtes – ze blijven liever wat dichter bij de grond – en hoe vliegen van richting veranderen op basis van obstakels die ze waarnemen.

Straw zei dat het holodeck uit Star Trek altijd al een inspiratie voor hem was, en dat er vandaag de dag meer waardering is voor dit soort technologie in het onderzoek.

"Al toen ik het voor het eerst zag, dacht ik: ik wil er ook eentje," vertelde Straw.

Het team gebruikte grafische kaarten die normaal gesproken worden gebruikt om te gamen, speciale gameprojectoren en commerciële machine vision-camera's om hun afbeeldingen in de ruimtes te projecteren en de bewegingen van de dieren goed bij te kunnen houden.

"Ik ben de game-industrie erg dankbaar. Ons hele onderzoeksprogramma zou eigenlijk niet mogelijk zijn geweest, als gamers niet een markt voor dit soort apparatuur hadden gecreëerd," zei Straw.

Dit type holodeck zou voor mensen niet werken, omdat ons beeld stereoscopisch is. We gebruiken informatie van beide ogen om diepte nauwkeuriger in te schatten, in tegenstelling tot het monoscopische beeld van deze diersoorten. Maar Straw zei dat het holodeck wel kon worden gebruikt om de ruimtelijke waarneming van dieren te testen.

Afgelopen juni ontdekten wetenschappers dat bepaalde neuronen in een vliegenbrein oplichten, afhankelijk van welke kant het insect opvliegt. Straw vergelijkt het met een kompas. Het holodeck zou kunnen helpen vast te stellen hoe dit proces bij vliegen precies in elkaar steekt.

Hopelijk betekent dit ook dat we op een dag Velocity zullen kunnen spelen.