为什么在神经科学中使用虚拟现实?

本博客由Stéphane Besnard教授撰写。他和来自法国诺曼底卡昂大学的同事们开发了一种在虚拟现实环境中测量认知功能的工具。

如有兴趣使用该工具，请联络Arjan Veenboer ((电子邮件保护)）.

为什么在神经科学中使用虚拟现实?

调查人类行为具有挑战性，特别是如果你想在自然或现实的环境中做这件事。研究社会互动，调查工作站的人体工程学，或在家中监测病人以进行后续工作或早期筛查疾病症状，这些都是其中的几个例子。在这类研究中，技术挑战、高昂的成本和缺乏标准化等障碍仍然存在。

测量特定和复杂的大脑功能

当我们想要测试更具体、更复杂的大脑功能时，比如空间认知、多任务处理能力和认知饱和度，我们又会面临一些限制。目前的工具，如问卷调查(“你经常在城市迷路吗?”)是不可靠的，敏感度弱，无法衡量这种方法所涉及的所有主观方面。

虚拟现实(VR)可能提供一个非常好的妥协，具有巨大的潜力神经科学研究．事实上，虚拟现实现在可能成为在沉浸式环境中校准或标准化复杂任务的一种简单方法。然而，研究人员如何轻松地应用VR?

要了解更多认知神经科学的基础知识，请查看这篇博客文章。

《VR迷宫》的起源和使用现状

几年前，我们的研究团队从比较前庭病理患者的空间记忆缺陷与前庭缺陷动物模型的需要开始。前庭神经患者患有认知障碍(定向障碍、迷失方向、自我感知障碍，甚至可能与精神病学综合征相关的症状)，这些都没有被临床医生例行检查。

虽然我们的动物模型很容易在物理校准的迷宫中进行测试，如t迷宫、y迷宫、八放射状迷宫和莫里斯水迷宫[1,2,3,4]，但我们没有对我们的患者进行类似的评估。目前的神经心理学测试不够灵敏，不能与啮齿动物测试相比较。

在没有任何商业解决方案的情况下，在2D和3D中寻找更复杂的测试，并没有得到很好的匹配。因此，在与我们的合作虚拟现实系我们在3D VR中开发了三个第一个测试，类似于啮齿类动物迷宫。然后，我们对对照受试者进行验证，这些测试是否允许定向和空间记忆学习评估[5]。

制定进一步研究前庭病理学的方案

接下来，我们制定了研究方案，以调查患有前庭病理的患者的特定定向障碍。前庭系统是与重力有关的运动感知的感觉器官。在前庭病理或微重力条件下，前庭器官的传感器分别受损或失去功能。例如，宇航员在太空中就会发生这种情况，他们的空间定向受损[6]。我们开发了测试抛物飞行中微重力下注意力能力和方向感的方案[7]。

在微重力研究的背景下，我们的工作更加全球化人类对极端环境的适应．因此，我们需要专门探索复杂的大脑功能，并通过结合从生理参数到情感和认知功能的完整评估，有一个个人的横断面方法。

现在它扩展到科学考察中的认知、生理功能和运动能力的研究(www.deeptime.fr)将定量参数(心率、肌电活动或姿势/平衡控制)与心理问卷和从VR Maze编程的3D虚拟现实测试(情感和空间认知)结合起来。这项研究的结果预计将在2021年底公布。

什么是VR迷宫?

VR Maze是一种软件解决方案，它允许您/科学家，不需要信息图和编程专业知识，在交互式3D虚拟环境中轻松设计任何2D或3D实验协议。VR迷宫在电脑屏幕、虚拟现实头盔或复杂的洞穴式系统/沉浸式房间上显示任务。

我们开发了这个工具，可以无限评估大脑功能(认知、情感、注意力、记忆等)的表现或缺陷。它提供了将基于问卷的评估与使用2D和3D测试的更复杂的评估相结合的可能性。

VR迷宫提供了与啮齿类动物相同的2D和3D测试(Morris pool, eight-branch Maze，倒T-maze等)，使研究单位与动物模型合作，朝着人类和患者探索的方向发展。此外，VR Maze可以在实验室中重现原位环境，也可以直接在极端环境中工作。

测量多个变量

VR Maze的分析模块结合了VR测试中测量到的所有变量，例如:

• 反应时间
• 头的位置
• 步行速度
• 凝视位置
• 错误的数量
• 虚拟和物理轨迹

这些变量可以与从我们的同步记录的外部参数结合数据采集系统(ECG, EMG, EEG，重力和压力中心等)和/或可以与刺激模块同步(例如前庭感觉刺激)。然后根据需要过滤所有记录的数据，并进行比较，以产生高度准确的结果提取。

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可以生成什么环境?

VR迷宫现在开放，创建特定的环境，以满足您的需求。从探索空间记忆和定位技能的简单迷宫，到探索康复或催眠协议的有效性的场景，再到专门的专业环境。

VR Maze的设计目的是在多个领域推动人类行为探索的极限，例如:

• 研究
• 健康
• 康复
• 神经营销学
• 安全
• 国防

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用于空间导航和记忆的三维滑稽环境

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用于评估或恐惧症脱敏的情绪测试

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用于学习或测试的虚拟医疗保健单元

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虚拟船为具体的专业学习和空间策略

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VR迷宫提供了什么

你是否需要一套预先编程的范例(警惕性测试，决策，3D迷宫等)，但你却没有计算机开发团队来掌握软件本身?VR迷宫为您提供了一个完整的，强大的和易于使用的软件包这方面的专业知识。

VR Maze还提供了一套专业的服务，确保计算机和计算机图形开发是量身定制的，快速的，符合其客户的约束和需求，并在学习期间提供持续的支持。VR迷宫适用于许多领域，涵盖了各种各样的问题:认知、情感、运动策略、认知饱和、运动和认知康复、恐惧、精神运动、神经营销学、模拟等等。

VR迷宫的设计旨在提供一个工具，涵盖了一个大的面板:从神经科学的基础研究到人类适应研究，从临床评估到VR治疗的协议，从学习和选择过程到精神负荷评估。

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如阁下有兴趣使用此工具，请联络Arjan Veenboer ((电子邮件保护)）.

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参考文献

1. Besnard,美国;马查多,马丁;Vignaux g;Boulouard m;Coquerel, a;布埃,诉;Freret区、t;丹尼斯，P.和勒隆-布鲁亚尔，V.(2021年)。前庭输入对空间、非空间记忆及海马NMDA受体的影响。海马体，22日(4), 814 - 826。https://doi.org/10.1002/hipo.20942
2. 马查多,马丁;Lelong-Boulouard诉;史密斯,功率因数;Freret区、t;Philoxene b;丹尼斯，P. &贝斯纳德，S.(2012)。焦虑对大鼠前庭功能丧失相关空间记忆障碍的影响。神经科学,218: 161 - 9。https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2012.05.029
3. 马查多,马丁;Lelong-Boulouard诉;Philoxene b;戴维斯,a;丹尼斯，P. &贝斯纳德，S.(2014)。前庭神经丧失促进大鼠进行空间任务时的程序性反应。海马体,24(5),591 - 597。https://doi.org/10.1002/hipo.22251
4. 马查多,马丁;Kroichvili:;Freret区、t;Philoxene b;Lelong-Boulouard诉;丹尼斯，P. &贝斯纳德，S.(2012)。耳石缺失突变小鼠的空间和非空间表现。神经科学博士．，522 (1): 57 - 61。https://doi.org/10.1016/j.neulet.2012.06.016
5. 马查多,马丁;勒费弗:;Philoxene b;Le Gall, a;玛德琳,美国;百合花纹的,p;史密斯，P.F.和贝斯纳德，S.(2019)。用于人类认知调查的虚拟迷宫的新软件。J >方法,327.https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2019.108388
6. Stahn交流;Riemer m;Wolbers t;维尔纳,a;布劳恩,k;Besnard,美国;丹尼斯,p;Kühn, S. &冈加，H.C.(2020)。空间更新取决于重力。前神经回路,14．https://doi.org/10.3389/fncir.2020.00020
7. Friedl-Werner, a;马查多,马丁;就c;Liegard y;Philoxene b;布劳恩,k;Stahn交流;希蒂埃，M. &贝斯纳德，S.(2021)。抛物飞行时注意力处理受损。前面。杂志。https://doi.org/10.3389/fphys.2021.675426