Gli scienziati di tutti gli Stati Uniti stanno adottando tecniche generate da computer e realtà virtuale (VR) dalle industrie del cinema e dei giochi per promuovere la ricerca nelle neuroscienze.

Due progetti presentati dalla University of Southern California a Los Angeles e dall'Università dello Utah al Incontro annuale della 2017 Society for Neuroscience a Washington, DC ha dato al pubblico un'anteprima delle implicazioni della VR nella scienza del cervello.

Combinazione di software di visualizzazione e VR per dissezioni virtuali

Il primo progetto ha dimostrato il lavoro di un team di ricercatori del USC Mark e Mary Stevens Neuroimaging and Informatics Institute, che ha sviluppato un software che consente agli scienziati di visualizzare il cervello umano in 3D ed eseguire dissezioni virtuali.

Le scoperte recenti offrono agli scienziati e ai ricercatori gli strumenti per visualizzare i neuroni e le strutture cerebrali in modo estremamente dettagliato.

"Il cervello è naturalmente 3D e lo misuriamo in 3D con la risonanza magnetica (MRI), ma siamo sempre stati costretti a guardarlo attraverso gli schermi piatti 2D, che è intrinsecamente limitato", ha detto il professore Tyler Ard, neuroscienziato presso l'Istituto Stevens Neuroimaging and Informatics. "Volevamo vedere se potevamo utilizzare i recenti progressi della realtà virtuale per poter visualizzare e interagire con i dati della risonanza magnetica nel suo stato naturale 3D ed esplorare i vantaggi che offrirebbero."

Ard e i suoi colleghi hanno usato tecniche di rendering al computer per trasferire grandi quantità di dati in immagini. Il team ha creato un software che semplifica l'importazione rapida dei dati e intende rendere il codice liberamente disponibile per altri ricercatori.

Il team ha combinato il software di visualizzazione con nuove tecniche di VR per consentire ai neuroscienziati di dare un'occhiata virtuale al cervello umano.

Una delle implicazioni più immediate di questa ricerca sarà nell'educazione, ha detto Ard.

"Il modo in cui la mia generazione di neuroscienziati ha imparato la neuroanatomia proveniva in gran parte da professori nella parte anteriore di un'aula, passando attraverso 'figure' e figure di 2D, e ripetendo continuamente 'Adesso immagina questo in 3D'", ha detto Ard. "Questa strategia di apprendimento non intuitiva spesso non lascia agli studenti una comprensione concreta della struttura cerebrale".

Questa ricerca arriva in un momento cruciale nel campo del neuroimaging. Con la crescente quantità di informazioni e concetti che gli studenti devono capire, è imperativo per i ricercatori cercare modi per rendere l'apprendimento più facile e più veloce per gli studenti, ha affermato Ard.

"Come esempio di come il campo sta crescendo, le risonanze magnetiche sono ora in grado di superare la semplice struttura cerebrale, e anche di esaminare le interazioni funzionali, così come i" diagrammi di cablaggio "anatomici del cervello", ha detto Ard. "Neuroimaging in Virtual Reality (NIVR) rende possibile esaminare tutti questi tipi di informazioni attraverso un mezzo che rimuove la barriera concettuale di" ora immagina come si presenta veramente ". ”

I ricercatori intendono rilasciare il loro programma, NIVR, il prossimo anno.

Usare la VR per tracciare i neuroni

Il secondo progetto ha dimostrato il lavoro di un team di ricercatori dell'Università dello Utah, che ha sviluppato un modo per utilizzare la VR per tracciare i neuroni.

Ci sono i neuroni 50,000 con connessioni 6,000 vicine ai neuroni vicini in un solo millimetro cubico di tessuto cerebrale umano.

Le tecniche tradizionali di tracciamento dei neuroni coinvolgono uno scienziato che guarda le immagini del computer 2D e le ruota costantemente per vedere cosa c'è dietro i rami del neurone.

Il nuovo metodo consente ai ricercatori di creare e ordinare le immagini 3D dei percorsi neuronali. Gli scienziati possono utilizzare cuffie e controller portatili per ruotare e guardare dietro i neuroni.

"Nella maggior parte dei laboratori, questo processo viene eseguito manualmente ed è un collo di bottiglia che richiede molto tempo nella pipeline complessiva di prelievo del tessuto scansionato fino all'analisi finale sulla struttura a cui gli scienziati sono interessati", ha affermato Usher, un assistente di ricerca per studenti laureati in Valerio Pascucci laboratorio presso l'Università dello Utah, che ha dimostrato il programma. "Uno strumento che può accorciare questa volta e aiutarli a capire i loro dati più velocemente aiuta molto."

Per testare e confrontare il programma, il team di quattro neuroscienziati ha mappato le immagini dei neuroni utilizzando un computer desktop convenzionale e la nuova tecnica VR. Il nuovo metodo ha dimostrato di essere 1.7 volte più veloce della tecnica tradizionale e altrettanto efficace.

Il team prevede di testare il suo strumento di realtà virtuale in più laboratori e apportare modifiche in base al feedback, ha dichiarato Usher.

Nei prossimi mesi, i ricercatori intendono rendere il loro strumento di realtà virtuale accessibile per i membri aggiuntivi nel loro campo.

"Per questo stiamo cercando di distribuirlo su Steam, il che rende una comoda piattaforma di distribuzione di programmi VR, e stiamo pianificando di mettere il codice anche su Github", ha detto Usher.

Il team prevede di rilasciare la piattaforma per dispositivi VR commerciali il mese prossimo o entro gennaio 2018 al più tardi.