Somatosensorische virtuelle Realität für die Gehirnforschung

Die Schnurrhaare der Mäuse sind hochempfindliche Detektoren für taktile Information. Nager können ihre Umgebung kartieren, Gegenstände orten und Oberflächentexturen unterscheiden, und zwar mit ihren Schnurrhaaren viel besser als mit ihrem Sehsinn. Das Schnurrhaarsystem ist auch ideal, um die kortikale Verarbeitung sensorischer Information zu untersuchen aufgrund der 1:1-Beziehung einzelner Schnurrhaare mit den kortikalen „Barrels“. Um dieses System jedoch zu verstehen, ist es kritisch zu berücksichtigen, dass sich kortikale Aktivität zwischen anästhetisiertem und wachem Zustand deutlich unterscheidet und dass diese Aktivität zusätzlich durch die Interaktion des Tieres mit seiner Umgebung moduliert wird. Die bislang erfolgreichste Strategie für Ableitungen mit Einzelzellauflösung im Wachzustand beruht auf kopffixierten Nagern. Deshalb hat die experimentelle Stimulation mit virtueller Realität, in der eine Maus trotz Kopffixierung mit ihrer Umgebung interagiert, in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit erzeugt. Bislang wird allerdings hauptsächlich die visuelle Modalität stimuliert. Wir schlagen die Entwicklung einer virtuellen Realität vor, welche auf taktiler Wahrnehmung beruht, um die Möglichkeit zu schaffen, die Informationsverarbeitung im „Barrel“ Kortex wacher, navigierender und Entscheidungsverhalten zeigender Mäuse mit hoher Auflösung zu untersuchen. Dafür wird eine Maus kopffixiert auf einem luftgelagerten Styroporball in einer virtuellen Tunnelumgebung beweglich aktiv sein. Direktes somatosensorisches Feedback auf die Schnurrhaare simuliert die Tunnelwände. Ein computerbasiertes Feedbacksystem überträgt jede Fortbewegung der Maus über Piezoaktoren in eine analoge Bewegung der virtuellen Tunnelwände, welche die Schnurrhaare berühren und für die Maus eine Illusion der Fortbewegung erzeugen. Mittels der Ergebnisse von direkten intrazellulären Ableitungen und optischem Imaging soll für den „Barrel“ Kortex ein Modell der neuronalen Kodierung der Repräsentation einer sensorischen Umgebung entwickelt werden. Dieses experimentelle System wird die Erforschung kortikaler Dynamik während natürlichem und erfahrungs-getriebenem Verhalten auf neuer Detailebene ermöglichen.