Wśród niezliczonych zastosowań Raspberry Pi znajduje się między innymi system wirtualnej rzeczywistości dla małych zwierząt.

Czym jest PiVR

Jest to tzw. PiVR czyli Raspberry Pi Virtual Reality, mające być przestronnym narzędziem do prezentowania wirtualnej rzeczywistości małym, swobodnie poruszającym się zwierzęciom. Dzięki niemu muchy czy larwy ryb pozwolą naukowcom, przy wykorzystaniu takich technologii jak optogenetyka, na łatwiejsze mapowanie i charakterystykę obwodów nerwowych odpowiedzialnych za zachowanie.

PiVR doczekało się już pierwszych badań, opublikowanych 14 lipca 2020 roku na publicznie dostępnych dzienniku PLOS Biology Davida Tadres i Matthieu Louis z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara (David Tadres, Matthieu Louis. PiVR: An affordable and versatile closed-loop platform to study unrestrained sensorimotor behavior. PLOS Biology, 2020).

Na system składa się behawioralna arena, kamera, mikrokomputer Raspberry Pi, kontroler LEDowy oraz ekran dotykowy. Popularna „jeżynka” pozwala na badanie w jaki sposób dostarczony bodziec stymuluje określone zachowanie zwierzęcia. Owo „śledzenie behawioralne” następuje w czasie rzeczywistym i to jest główna zaleta systemu. PiVR jest urządzeniem o wszechstronnych zastosowaniach, przede wszystkim dzięki swojej dużej podatności na zmiany konfiguracyjne. Jest również tani – kosztuje mniej niż 500 dolarów a jego wydruk na drukarce 3D trwa krócej niż 6 godzin. Został także zaprojektowany od podstaw w taki sposób aby być dostępnym dla jak najszerszego grona badaczy neurologii.

Ryby unikają wirtualnych przeszkód czyli badania z wykorzystaniem PiVR

W swoim badaniu Tadres i Louis wykorzystali używany przez siebie system PiVR do zaprezentowania wirtualnych rzeczywistości małym, swobodnie poruszającym się zwierzętom podczas eksperymentów optogenetycznych. Optogenetyka jest techniką, która umożliwia naukowcom wykorzystanie światła do kontrolowania aktywności neuronów u żywych zwierząt. To z kolei umożliwia naukowcom badanie związków przyczynowych między aktywnością oznaczonych genetycznie neuronów a konkretnymi zachowaniami.

Jako proof-of-concept Tadres i Louis wykorzystali PiVR do badania nawigacji sensorycznej stanowiącej odpowiedź zwierzęcia na różnego rodzaju chemikalia i światło. Badania objęły całkiem sporą liczbę gatunków. Pokazali na przykład jak larwy muszki owocowej zmieniają swoje ruchy w odpowiedzi zarówno na rzeczywiste jak i wirtualne zapachy. Następnie zademonstrowali, w jaki sposób dorosłe muchy dostosowują swoją prędkość ruchu, aby uniknąć miejsc związanych z gorzkimi smakami wywołanymi przez aktywację optogenetyczną ich neuronów odpowiedzialnych za wykrywanie gorzkiego smaku. Ponadto wykazano, że larwy danio pręgowanego modyfikują swój ruch (zwłaszcza w zakresie zmiany kierunku poruszania się) w odpowiedzi na zmiany natężenia światła udającego zmiany przestrzenne.

Według autorów, PiVR reprezentuje technologię, którą można uznać za szeroko dostępną (o tzw. niskim pułapie wejścia). Ich zdaniem powinna ona umożliwić wielu laboratoriom charakteryzowanie zachowań zwierząt i badanie funkcji obwodów nerwowych.

Według nich, bardziej niż kiedykolwiek, neuronauka opiera się na technologii. W ostatnich latach wszyscy zainteresowani bliżej tym tematem byli świadkami boomu w korzystaniu z optogenetyki oraz techniki znanej jako closed-loop tracking w celu stworzenia wirtualnych rzeczywistości wykorzystujących sensory. Jednocześnie integracja nowej interdyscyplinarnej metodologii w laboratorium może być zniechęcająca, żmudna i nader kosztowna. Dzięki PiVR możliwe jest tymczasem udostępnienie wirtualnej rzeczywistości wszystkim, od profesjonalnych naukowców po uczniów szkół średnich. Nawet szerzej: PiVR powinien pomóc demokratyzować najnowocześniejsze technologie służące do badania zachowań i funkcji mózgu.