啮齿类动物 VR 系统

一、发展历程

早在 20 世纪 70 年代，德国马克斯普朗克生物控制论研究所的 Karl Georg G?tz 实验室便开创性地将 VR 技术引入果蝇视觉研究领域，这成为 VR 技术与生物科学交叉研究的早期探索。然而，直到 21 世纪初，啮齿类动物 VR 系统才迎来重要发展节点。C. H?lscher 和 Lee 等人先后开发出首套大鼠 VR 系统，该系统构建的沉浸式测试环境，首次以实验数据证实大鼠具备在虚拟环境中自主导航的能力。

真正推动啮齿类动物 VR 系统实现重大突破的是 David Tank 实验室。该实验室率先研发出小鼠 VR 系统，为深入探究小动物在虚拟环境中的行为活动提供了全新平台。与以往大鼠 VR 系统采用的身体固定方式不同，此新技术创新性地固定动物头部，从而为稳定观测脑细胞活动创造了条件。几乎在同一时期，由 York Winter 教授创立的 PhenoSys 公司推出了全球首款商用啮齿类动物 VR 系统，标志着该技术开始从实验室走向商业化应用。

二、在系统神经科学领域的应用

（一）空间导航能力研究

普林斯顿大学的美国科学院院士 David Tank 及其学生 —— 哈佛大学教授 Christopher Harvey，借助虚拟现实系统开展电生理记录实验，深入探索海马体编码机制，为理解大脑空间导航功能奠定了重要基础。2013 年，诺贝尔奖获得者 John O'Keefe 利用 VR 系统，系统研究了视觉及其他感觉条件对新皮层和海马位置细胞活动的影响，进一步拓展了人们对大脑空间感知机制的认知。2017 年，John O'Keefe 的学生、英国皇家学会院士 Neil Burgess 开发出一套与双光子成像兼容的小鼠 VR 系统，该系统将头部固定方式改进为水平旋转，赋予实验动物更大的移动自由度，显著提升了二维空间导航能力研究的准确性与可靠性。

（二）视觉识别研究

德国马克斯普朗克生物智能研究所的美国科学院院士 Tobias Bonhoeffer，巧妙运用 VR 系统结合视觉流反馈范式，对视觉皮层中的视觉反馈处理机制展开深入研究，其研究成果发表于国际知名期刊Neuron，为揭示视觉识别的神经机制提供了关键线索。

（三）神经退行性疾病研究

MIT Picower 研究所所长蔡理慧教授与美国科学院院士 Ed Boyden 合作，利用啮齿类动物 VR 系统研究 40Hz gamma 频段振荡对阿尔茨海默症的治疗作用，并通过该系统测试阿尔茨海默症对位置记忆的损伤程度。相关研究成果发表于Nature期刊，为神经退行性疾病的研究与治疗提供了全新的实验思路与技术手段。

三、Smart VR 系统详解

Smart VR 系统在 David Tank 院士的 mouse VR 系统基础上进行了全面升级与优化。在硬件配置方面，除标准八角笼屏幕外，还提供 270 度穹顶屏作为可选配置，大幅增强了虚拟环境的逼真程度。在行为范式设计上，公司支持个性化迷宫定制服务，不仅涵盖传统的空间导航、视觉识别研究场景，还自主开发了一系列全新行为范式，能够模拟真实世界中的抉择行为、学习记忆过程以及恐惧创伤等复杂心理与行为现象，极大地拓宽了研究范围，为神经科学前沿问题的探索提供了强有力的技术支持。

（一）大视野沉浸体验

设备采用内径 80cm 的穹顶屏，能够实现 270 度超大视野覆盖，为实验动物营造出高度沉浸的虚拟环境，有效提升实验数据的真实性与有效性。

（二）丰富多样的行为范式

除配备直线迷宫、T 型迷宫等常规实验装置外，还提供独具特色的条件性恐惧行为迷宫作为选配方案，满足不同研究方向与实验设计的多样化需求。

（三）高成功率保障

公司不仅提供完整的实验代码，还专门开发了配套的训练代码，并为客户提供一站式服务，包括一次性手术植入操作培训以及行为训练指导。凭借丰富的啮齿类动物 VR 训练经验，已成功训练数十只实验动物，训练成功率接近 100%。

（四）广泛的兼容性

该设备与市面上大多数商业电生理设备和双光子成像设备均可完美兼容。此外，用户还可选择搭配公司自主研发的全皮层光遗传设备和全皮层钙成像设备，构建功能更为强大的实验平台。

（五）创新的大鼠 VR 版本

公司推出的大鼠 VR 系统是目前全球唯一商用的同类产品。该系统经过精心设计与改造，采用原创的十点支撑技术，并配备直径 60cm 的万向球，为大鼠提供舒适的训练环境。其独创的大鼠头部固定技术源自欧洲合作机构，能够稳定支持急性电生理记录和显微镜钙成像实验，有效解决了传统大鼠 VR 系统在实验操作与数据采集方面的难题 。

初代小鼠VR

曲屏版

穹顶版