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 Studie entschlüsselt neue Diabetes-Gene
22.01.2018 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

nachricht Forschungsteam schafft neue Möglichkeiten für Medizin und Materialwissenschaft
22.01.2018 | Humboldt-Universität zu Berlin

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: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungen

Transferkonferenz Digitalisierung und Innovation

22.01.2018 | Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

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

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Forschungsteam schafft neue Möglichkeiten für Medizin und Materialwissenschaft

22.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Ein Haus mit zwei Gesichtern

22.01.2018 | Architektur Bauwesen

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