​Waarom het brein niks van virtual reality snapt

Het lijkt een redelijke vraag: in welke mate is de psychologische ervaring van virtuele werelden anders voor het brein? We zijn tenslotte gewend dat zintuigelijke input een subtiele combinatie is van verschillende zintuigen en herinneringen. We zijn daarentegen niet gewend aan discrete datapakketjes als input, zoals in virtual reality het geval is. In dat opzicht zijn mensen in vergelijking tot computers niet zo gemakkelijk voor de gek te houden.

De bovenstaande vraag wordt gesteld in een paper die gepubliceerd werd in de Nature Neuroscience van deze week. Met dank aan een team van hersenwetenschappers van UCLA, geleid door natuurkundige en neurobioloog Mayank Mehta. De studie concludeert dat het brein virtuele werelden anders afhandelt als het op herinneringen maken en ruimtelijk inzicht aankomt. Deze uitkomst kan grote implicaties hebben.

Mehta en zijn team bestudeerden de hippocampus, het gebied van het brein dat betrokken is bij depressie, schizofrenie maar ook bij geheugen en ruimtelijk inzicht. Het brein is continu bezig je omliggende omgeving in kaart te brengen, dit hersenproces is alleen nog niet helemaal in kaart gebracht (ha) door de wetenschap.

De kern is simpel: het brein is constant in de weer met het berekenen van afstanden tussen objecten in je omgeving. Dit is niet alleen visueel proces – andere zintuigen dragen ook bij. Het klinkt niet erg logisch, maar reuk en gehoor dragen ook bij aan het totaalplaatje.

Het paper legt uit dat experimenten om het visuele aspect van multi intuigelijke ervaringen te scheiden tot dusver onsuccesvol bleken. Het probleem ligt wat dieper; er bestaan een soort interne bewegingssensors genaamd theta-phase precession en proprioception, processen die de relatieve afstand van lichaamsdelen in de gaten houden.

Een experiment uit 2008 onthulde dat ratten die op een hamsterwiel rennen, activiteit in het 'map-making brain' hadden ondanks het feit dat hun de visuele aspect van hun gezichtsveld gelijk bleef. Het daadwerkelijk visuele aspect van ruimtelijke navigatie blijkt dus kleiner dan verwacht.

Het probleem is dat ruimtelijk inzicht over het algemeen wordt bestudeerd met gebruik van virtual reality. Experimenten waarbij neurowetenschappers ratten door virtuele doolhoven sturen zijn inderdaad raarder dan ze al klinken.

Bij de opzet van het huidige experiment wordt een rat in een klein rattenharnas gebruikt. Het diertje wordt vervolgens onderworpen aan een kleine IMAX-film voor ratjes. De neurologische activiteit van de rat wordt opgenomen terwijl de rat door een een-dimensionaal doolhof beweegt, daarnaast wordt de activiteit gemeten die de rat heeft als hij door een echt doolhof loopt.

De algemene bevinding van Mehta's team is als volgt: "Onder de VR-conditie laten de hippocampusneuronen een zwakke ruimtelijke selectiviteit zien. Dit is een observatie die tegenstrijdig is met de hoge ruimtelijke selectiviteit die waargenomen wordt bij de vrijuit bewegende knaagdieren."

"Het VR-systeem dat we gebruikten is vrij geavanceerd; het is nog meeslepender dan de systemen die door mensen gebruikt worden," vertelde Mehta. "De redenen voor deze verschillen zullen dus waarschijnlijk niet met de technologische capaciteiten van het systeem te maken hebben."

Het verschil was uiteindelijk enorm. De ratten die door het virtuele doolhof renden hadden een bijna willekeurige activiteit in de hippocampus, wat de neurologische equivalent is van mega erg verdwaald zijn.

"De interne kaart van de beesten verdween compleet," zei Metha. "Niemand verwachtte deze uitkomst. De neuronenactiviteit vertoonde een patroon van willekeurige posities in de virtuele wereld."

De bevindingen hebben implicaties die verder gaan dan ruimtelijk inzicht alleen: ze kunnen ook kennis over het geheugen opleveren. Mehta legt uit dat het menselijk geheugen twee talen spreekt, één: breinactiviteitsritmes, en twee: de intensiteit van breinactiviteit. Deze gevormde patronen zijn uiterst complex.

In de virtuele wereld hadden ratten soortgelijke activiteitritmes als in de echte wereld, maar de intensiteit van de patronen was complete nonsens. De basisdoelstelling van de virtual reality werelden is om neurologische condities te simuleren die optreden bij het ervaren van geheugen- en leer stoornissen. Dit inzicht is handig aangezien neurowetenschappers steeds dichter bij een effectieve behandeling van deze afwijkingen komen.

Virtual reality is echter geen verloren zaak. "We geloven dat zodra we meerdere zintuigen in virtual reality kunnen betrekken het nog realistischer gaat aanvoelen," zei Mehta. "Wanneer virtual reality realistischer wordt, zullen de reacties van het brein ook meer op de reacties van het brein in de fysieke wereld gaan lijken."

"De vraag naar methoden voor geheugenherstel is immens," voegde de neurowetenschapper hier aan toe. "Het uiteindelijke doel is om te leren begrijpen hoe multizintuigelijke ervaringen neurale reacties en herinneringen oproepen."