PhenoSys VR實驗動物虛擬實境系統

PhenoSys VR實驗動物虛擬實境系統

1. 核心應用領域

• 空間導航與認知研究 (Spatial Navigation & Cognition)： 研究動物如何學習、記憶並在複雜環境中導航。透過虛擬迷宮（如 Morris 水迷宮、T-maze 等的虛擬版），研究人員可以隨時更改地標、路徑或環境規則，觀測大腦如何處理空間資訊。

• 學習與記憶機制 (Learning and Memory)： 測試動物在特定虛擬場景中的反應。例如，在虛擬路徑的特定位置給予獎勵（水）或懲罰（吹氣），觀察神經元如何編碼這些關聯記憶。

• 決策制定 (Decision Making)： 提供多個選項的虛擬分叉路口，研究大腦在面臨選擇時的電生理變化，解析決策過程的神經迴路。

• 感官刺激與整合 (Sensory-Motor Integration)： 系統不僅提供視覺 VR，還可整合嗅覺（氣味生成器）、聽覺（3D 音效）及觸覺（鬍鬚刺激），研究大腦如何整合多種感官資訊來產生行動。

2. 為什麼要使用 VR？（技術優勢）

在傳統的行為實驗中，動物必須自由跑動，這使得「活體腦部成像」或「電生理紀錄」極其困難，因為設備會隨動物晃動。PhenoSys VR 解決了這個問題：

• 頭部固定，身體活動 (Head-fixed, yet moving)： 最常見的應用是 JetBall 系統（氣浮球式跑輪）。動物的頭部被固定在顯微鏡或電極下，但腳下踩著一個浮動的球。當動物在球上跑動時，虛擬場景會同步移動。

• 兼容高階成像技術： 由於動物頭部是相對靜止的，研究人員可以同時使用：

  • 雙光子顯微鏡 (Two-photon microscopy)： 觀測單個神經元的鈣離子成像。

  • 光遺傳學 (Optogenetics)： 用光精確控制特定神經元的開關。

  • 電生理紀錄 (Electrophysiology)： 使用矽探針或玻璃電極記錄深層腦區電訊號。

3. 產品系列與配置

PhenoSys 提供多種針對不同需求的 VR 方案：

• JetBall VR 系統： 使用氣墊支撐的球型跑輪，允許動物進行 360 度的全向運動。

• Moculus (3D VR)： 專門為小鼠設計的微型 3D 頭戴式（或近眼式）顯示系統，提供真實的深度感與立體視覺。

• 顯示設備：

  • 環形 TFT 螢幕： 提供 270 度以上的視覺包圍。

  • 圓頂投影 (Dome Display)： 提供完全無縫的視覺沉浸感。
    

4. 疾病模型與醫學應用

該系統也廣泛應用於轉化醫學，例如：

• 阿茲海默症研究： 測試患病模型動物在空間記憶力衰退方面的表現。

• 焦慮與壓力研究： 在受控的虛擬環境中誘發壓力反應，研究情緒調節迴路。

• 藥物開發： 評估神經類藥物對認知功能或運動協調的改善程度。