Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017

Biologen lassen sich von der TV-Serie „Star Trek“ inspirieren und ermöglichen neue Experimente der virtuellen Realität

Woran orientieren sich Menschen, wenn sie in einer neuen Gegend sind? Wie nutzen sie zum Beispiel Straßenschilder oder Häuser, um einzuschätzen, welche Distanz sie zurückgelegt haben? Kurz: Wie aktualisieren sie ihre mentale Karte? Neurowissenschaftlerinnen und -wissenschaftler untersuchen solche Fragen bei Tieren, um Grundlagen des räumlichen Denkvermögens zu verstehen.


Die Forschenden kontrollieren die Position einer Fliege (rote Kreise) und ihre Flugrichtung mithilfe starker visueller Reize. Links: Live-Kameraaufnahmen, rechts: Anordnung der Flugpositionen

Foto: https://strawlab.org/freemovr

„Doch bisher haben wir die Science-Fiction-Welt um eine Erfindung beneidet: ein Holodeck wie in der Fernsehserie Star Trek“, sagt Prof. Dr. Andrew Straw. Das Holodeck ist ein Raum, der jede beliebige virtuelle Welt simulieren kann.

„Solch eine Umgebung erlaubt Experimente, die in der realen Welt nicht möglich sind – etwa die Bewegungen eines Tieres von seiner Wahrnehmung zu entkoppeln“, sagt der Freiburger Biologieprofessor. Gemeinsam mit seiner Kollegin Prof. Dr. Kristin Tessmar-Raible von den Max F. Perutz Laboratories, einer gemeinsame Einrichtung der Universität Wien/Österreich sowie des dortigen Universitätsklinikums, und einem internationalen Team hat Straw eine Art Holodeck nachgebaut und damit neue Möglichkeiten geschaffen, räumliche Kognition zu erforschen. Die Tiere nahmen die simulierten Objekte als echt wahr und änderten ihr Verhalten in unterschiedlichen visuellen Umgebungen. Die Forschungsgruppe beschreibt ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Nature Methods“.

Tiere und Menschen nutzen alle Sinneseindrücke, um ihre mentale Karte zu aktualisieren. Jedoch ist jede ihrer Bewegungen untrennbar mit ihren Empfindungen verbunden. Die Forscherinnen und Forscher mussten also die beiden voneinander lösen, um zu verstehen, wie das Gehirn unterschiedliche Informationen verarbeitet.

Die Gruppe baute ein flexibles System für Mäuse, Fliegen und Fische – drei Arten, die häufig in Experimenten der Neurobiologie und Verhaltensforschung zum Einsatz kommen. „Wir haben eine umfassende, dreidimensionale virtuelle Realität geschaffen, in der sich die Tiere frei bewegen konnten“, erklärt Straw. „Dadurch konnten wir die von uns vorbereitete visuelle Landschaft mit ihren Handlungen und Wahrnehmungen verbinden.“

Zu den visuellen Landschaften gehören zum Beispiel vertikale Säulen, verschiedene Pflanzen und ein Schwarm so genannter Space Invaders, Figuren aus einem Computerspiel. Mehrere Kameras verfolgten die genaue 3-D-Position des Tieres und nahmen sie auf. Ein Computerprogramm registrierte jede Bewegung des Tieres innerhalb von Millisekunden, sodass immer ein aktuelles Bild an die Wand projiziert wurde.

Die Forschenden testeten, ob Mäuse virtuelle Höhenangst haben, veränderten und kontrollierten mit visuellen Reizen die Flugrichtung von Fliegen und kreierten Experimente, in denen Fische sich virtuell zwischen zwei unterschiedlichen Welten bewegten und ihr Verhalten je nach visueller Umgebung änderten. In einem weiteren Versuch simulierten sie einen Schwarm von Space-Invader-Figuren, in dem sich ein echter Fisch fortbewegte. Der Schwarm war so programmiert, dass er den Fisch als einen Teil von sich behandelte, was sich wiederum deutlich auf das Verhalten des echten Tieres auswirkte.

Darüber hinaus konnte das Team mit den Versuchen ein fundamentales Problem in der aktuellen Verhaltensforschung lösen: Bisher war es nicht möglich, die Interaktion zwischen mehreren Individuen direkt zu manipulieren. Gemeinsam mit der Gruppe um Prof. Dr. Iain Couzin von der Universität Konstanz und dem Max-Planck-Institut für Ornithologie entwickelten die Forschenden ein fotorealistisches Modell eines schwimmenden Fisches, der computergesteuert werden konnte und belegten, dass echte Fische in den meisten Fällen virtuellen Exemplaren ihrer Artgenossen folgen, wenn diese ihre Schwimmrichtung auf den echten Fisch ausrichten.

Neben den bereits erwähnten Labors waren auch die Gruppe um Dr. Wulf Haubensak vom Institut für Molekulare Pathologie Wien/Österreich und das Team um Prof. Dr. Karin Nowikovsky von der Medizinischen Universität Wien/Österreich beteiligt.

Materialien für die Presse:
https://strawlab.org/freemovr-early-embargoed

Originalveröffentlichung:
John R Stowers, Maximilian Hofbauer, Renaud Bastien, Johannes Griessner, Peter Higgins, Sarfarazhussain Farooqui, Ruth M Fischer, Karin Nowikovsky, Wulf Haubensak, Iain D Couzin, Kristin Tessmar-Raible, Andrew D Straw: Virtual reality for freely moving animals. In: Nature Methods. DOI: 10.1038/nmeth.4399

Kontakt:
Prof. Dr. Andrew Straw
Institut für Biologie I
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-67685
E-Mail: straw@bio.uni-freiburg.de

Weitere Informationen:

https://strawlab.org/freemovr-early-embargoed

Rudolf-Werner Dreier | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-freiburg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Live-Verfolgung in der Zelle: Biologische Fussfessel für Proteine
19.06.2018 | Universität Basel

nachricht Tag it EASI - neue Methode zur genauen Proteinbestimmung
19.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics