Mini-VR-Headsets für Mäuse: Cornell University entwickelt MouseGoggles

Forschende an der Cornell University haben winzige Virtual-Reality-Headsets für Mäuse entwickelt. Diese sogenannten MouseGoggles sind nicht dafür gedacht, dass die Tiere nach einem langen Labortag „abschalten“ können – vielmehr geben sie dem Team einen genaueren Einblick in Verhalten und Hirnfunktionen.

Das Bild einer Maus mit einem Mini-VR-Headset ist zwar niedlich, doch im Gegensatz zu unseren am Gesicht getragenen Brillen sind die MouseGoggles nicht frei beweglich. Stattdessen werden sie an einem Gestell fixiert: Hinter zwei Fresnel-Linsen sitzen zwei Smartwatch-Displays, ergänzt um Technik, die Augenbewegungen sowie die Pupillenerweiterung der Tiere erfasst.

MouseGoggles und VR für Mäuse: Navigation im virtuellen Raum

Die Mäuse lernten rasch, sich in ihrer virtuellen Umgebung zurechtzufinden, indem sie auf einem kugelförmigen Laufband rannten. Die visuellen Eindrücke wirkten dabei deutlich immersiver als zuvor: Durch die MouseGoggles reagierten die Tiere auf Belohnungs- und Angstreize wesentlich stärker als beim Betrachten virtueller Welten auf grossen 360-Grad-Projektionsleinwänden.

Das Ganze ist jedoch nicht bloss Spielerei. Indem VR für Mäuse realistischer wird, können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gezielter jene Hirnaktivität beobachten, die mit räumlicher Orientierung und Gedächtnis zusammenhängt.

Wer schon einmal selbst ein VR-Headset getragen hat, weiss, wie viel stärker sich Inhalte im Vergleich zu einer grossen Leinwand anfühlen. Laut der neuen Studie aus Cornell scheint dieses „Mehr an Immersion“ sogar bei Mäusen eine Rolle zu spielen.

Vergleich mit früheren VR-Aufbauten (Projektionsscreens)

Frühere Versuche, Mäuse in virtuellen Umgebungen zu testen, liefen meist so ab: Die Tiere wurden in die Mitte kreisförmiger Screens gesetzt, während die Darstellung auf die umlaufenden Wände projiziert wurde. Zwar konnten die Mäuse auch dort lernen, über das Laufen auf einem kugelförmigen Laufband zu navigieren – doch das, was sie sahen, war offenbar weniger überzeugend.

„Looming Stimulus“: Angstreaktionen und Messwerte

Das Forschungsteam setzte Mäuse sowohl mit MouseGoggles als auch in klassischen, screenbasierten VR-Systemen einem sogenannten „looming stimulus“ aus.

Dabei dehnte sich ein dunkler Fleck sehr schnell im Sichtfeld aus – als Simulation eines herannahenden Räubers. Die Mäuse zeigten dabei nicht nur Sprünge und krümmten den Rücken, sondern reduzierten auch ihre Laufgeschwindigkeit, verlagerten den Blick und weiteten die Pupillen.

„Als wir diese Art Test im typischen VR-Aufbau mit grossen Screens ausprobierten, reagierten die Mäuse überhaupt nicht“, sagt der Neurowissenschaftler Matthew Isaacson, Erstautor der Studie.

„Aber fast jede einzelne Maus springt, wenn sie es mit den Goggles zum ersten Mal sieht. Sie haben eine enorme Schreckreaktion. Es wirkte wirklich so, als hätten sie geglaubt, dass sie von einem heranstürmenden Räuber angegriffen werden.“

In für die Tiere angenehmeren Versuchen trainierte das Team Mäuse auf einer geschlossenen, linearen VR-Strecke: Sie bekamen flüssige Belohnungen, wenn sie an einer bestimmten Stelle leckten. Am vierten oder fünften Tag gab es keine Belohnung mehr – dennoch leckten die Mäuse weiterhin an derselben Position, offensichtlich in Erwartung eines Leckerbissens, und reduzierten ihr „erkundendes Lecken“ ausserhalb der Belohnungszonen.

Diese Befunde deuteten darauf hin, dass das MouseGoggles-Setup räumliches Lernen bei Mäusen weiterhin ermöglicht.

Ziel der Cornell-Entwicklung: Präzisere Neurowissenschaft im Labor

Das übergeordnete Ziel ist nicht, VR-Spiele für Mäuse zu verbessern. Genauere Simulationen erlauben es, neurologische Reaktionen von Mäusen in deutlich mehr Situationen zu untersuchen, als es im Labor sonst möglich wäre. Wie die „looming“-Experimente nahelegen, ist projektionsbasierte VR für Mäuse schlicht nicht glaubwürdig genug.

„Je immersiver wir diese Verhaltensaufgabe gestalten können, desto natürlicher wird die Hirnfunktion sein, die wir untersuchen“, sagt der Biomedizintechniker Chris Schaffer.

Das MouseGoggles-Design ist zudem günstiger und eröffnet zusätzliche Funktionen wie Eye-Tracking.

Als nächste Schritte plant das Team laut eigener Aussage, tragbare Versionen für andere Tiere zu entwickeln und sogar weitere Sinne in das Erlebnis einzubinden.

„Ich denke, Virtual Reality mit fünf Sinnen für Mäuse ist eine Richtung für Experimente, in denen wir versuchen, diese wirklich komplizierten Verhaltensweisen zu verstehen – bei denen Mäuse sensorische Informationen integrieren, die Gelegenheit mit inneren motivationalen Zuständen vergleichen, etwa dem Bedürfnis nach Ruhe und Nahrung, und dann Entscheidungen darüber treffen, wie sie sich verhalten“, sagt Schaffer.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Methods veröffentlicht.