一只在泡沫滚轮上奔跑的老鼠正快速通过看似无穷无尽的走廊，而四周的墙壁布满了黑白相间的条纹。但墙壁并非真实之像，它只是利用投影幻觉的模拟之境。
当鼠标探索这个虚拟世界时，神经科学家亚曼·萨利姆(Aman Saleem)会观察老鼠脑细胞的运作。刺激老鼠视网膜的光线会触发电脉冲，并传播到初级视觉皮层中的神经元，而萨利姆早已在其中植入了电极。教科书写道神经元响应于特定的刺激，因此相同的输入模式应该能引起一致的响应。但研究表明，事实并非如此。当鼠标遇到先前重复的场景时，神经元以不同的模式激发。
位于伦敦大学学院实验室的萨利姆表示：“如果你在五年内告诉我这一点，我会说‘不，不是真的，那不可能’。”他在2018年9月1日发表的研究结果显示，当老鼠在走廊中奔跑时，海马体中的细胞会以某种方式改变视觉皮层细胞的激发方式。换句话说，老鼠对两个相同场景的神经表示不尽相同，具体取决于它对自己位置的感知。
毫无疑问，动物的体验会改变它对世界的感知：所有的大脑都能从经验中学习，并结合多种信息流来构建对现实的感知。但研究人员曾经认为，至少在大脑中的特定区域中(首先处理感觉器官输入的区域)能够相对忠实地创建外部世界的表征。根据这个模型，所述表征将前往“联系”区域，并与记忆和期望结合以产生感知。
现在人们普遍认为这种观点过于简单化(其主要是基于二十世纪的研究，当时神经科学家会麻醉或固定动物，并测量动物大脑是如何对被动呈现的刺激作出反应)。在2010年一项具有里程碑意义的小白鼠研究中，研究人员保持小白鼠头部固定以维持对视图的控制，但允许小白鼠站立或奔跑。对于移动的小白鼠，视觉神经元的激发速度比正常情况超过两倍。所述发现引发了一系列的实验，以探索动物在活动期间的大脑变化，包括感觉区域对外界的反应方式。纽约冷泉港实验室的神经科学家安妮·邱奇兰德(Anne Churchland)表示：“这些结果具有颠覆性的意义。”
1. “VR大大促进了神经科学。”
虚拟现实技术不是探索所述领域的唯一方法。例如，当动物在实验室中移动时，神经科学家会同时记录多个脑区。但在过去十年中，已有数十个研究团队开始将小老鼠置于VR模拟之中。萨利姆表示，经常有人问他是否真的有必要采用虚拟现实，而他的回答是：如果没有虚拟现实，他的大部分实验都不可能实现。在VR中，动物将拥有更强的沉浸感，因为它们看到的世界可以根据其动作进行响应，就像是在现实世界中一样。与此同时，科学家仍然能够保持对实验的严格控制，并且可以随意增加，减少或扭曲感官输入。在萨利姆的实验采用了《黑客帝国》的元素：这位实验者将涉及的VR设备命名为尼奥，墨菲斯和崔妮蒂。
只要动物头部受到束缚，并且体验着一个比真实环境简单得多的VR世界，总会有人质疑动物大脑处理VR的程度是否与“真实世界”一样。但是，这有助于VR研究人员解锁探索大脑构建世界感知的新方法。加州大学旧金山分校的神经科学家迈克尔·史赛克(Michael Stryker)说道：“VR大大促进了神经科学。”
2. VR研究论文的激增
早在20世纪60年代，研究运动学的生物学家就曾拴住果蝇的头部，并令其在乒乓球上行走。当VR在21世纪初开始兴起时，神经科学家们重新把目光投向了这种方法。虚拟现实技术提供了一种观察动物大脑活动的方法。即使头部保持不动，科学家都有可能欺骗动物，令其认为自己正在自由地漫游。这允许研究人员通过复杂的脑记录技来为大量的神经元成像。于是，果蝇再次固定在乒乓球上，而研究斑马鱼幼虫的科学家则将其头部固定在琼脂块中，但允许它们像正常游泳时摆动尾巴。斑马鱼和果蝇的研究帮助科学家们看到了更简单的神经回路。不过，其他研究人员希望研究更复杂的哺乳动物大脑。特别地，他们对大脑皮层感兴趣，因为这里充满多层神经元的区域对哺乳动物的智力十分重要。
早在2005年，研究人员就报告了一种用于老鼠的原型VR系统。当普林斯顿大学的大卫·塔克(David Tank)为老鼠制造了VR模拟器之后，这种方法就成为了主流。塔克当时正在研究老鼠的导航系统：海马体及附近大脑区域的细胞，其用于帮助动物追踪其在空间中的位置。研究人员首先在老鼠体内植入了电极，并记录脑细胞的激发。研究的进展帮助塔克获得了2014年诺贝尔生理学或医学奖。但塔克希望通过精细的细胞内电极来进一步研究神经元的激发。这要求动物头部保持静止，所以塔克和克里斯·哈维(Chris Harvey)开发了一个足够丰富的虚拟世界，并营造了一种在空间中移动的感觉。在2009年，研究小组在一项研究中报告了这个老鼠VR系统，并首次描述了海马体神经元的运作原理。他们利用多个感官输入流创建了一个空间地图。