City Walk: Preliminary Insights into Embodied Immersive VR for Spatial Navigation

Van de ene plek naar de andere gaan is een fundamentele menselijke vaardigheid, maar de manier waarop onze hersenen een mentale kaart van de wereld opbouwen, blijft een complex mysterie. Om effectief te navigeren, vertrouwen we op twee verschillende soorten mentale strategieën. De ene is een eenvoudige, stapsgewijze aanpak, zoals onthouden om links af te slaan bij de bakker en rechts bij het park; dit is een route-gebaseerde methode die goed werkt wanneer je bekend bent met een pad, maar faalt als je naar een nieuw startpunt wordt verplaatst. De andere is een flexibelere strategie vanuit een vogelperspectief, waarbij de hersenen een cognitieve kaart van het hele gebied construeren, waardoor je begrijpt hoe landschappelijke kenmerken zich tot elkaar verhouden en een nieuwe route kunt uitzetten, zelfs vanuit een onbekende plek. Wetenschappers willen al lang onderzoeken hoe mensen deze flexibele kaarten ontwikkelen, maar het doen hiervan in de echte wereld is moeilijk omdat het lastig is om elke variabele te controleren, van verkeer tot weer. Virtual reality biedt een oplossing door een veilige, herhaalbare digitale wereld te creëren waarin onderzoekers kunnen observeren hoe mensen leren en bewegen zonder de chaos van de werkelijkheid.

Een team van onderzoekers uit Italië heeft een nieuwe digitale tool ontwikkeld genaamd "City Walk" om precies deze vraag te verkennen. Ze hebben een serious game gebouwd—een videogame die ontworpen is voor leren in plaats van alleen entertainment—die spelers in een kleine, realistische kuststad plaatst. Het doel was om te zien hoe verschillende manieren van bewegen door deze virtuele wereld de bekwaamheid van een persoon beïnvloeden om de lay-out te leren kennen en te onthouden waar dingen zich bevinden. De onderzoekers vergeleken twee zeer verschillende opstellingen. In de eerste opstelling zaten deelnemers aan een bureau en gebruikten ze een toetsenbord en een muis om een personage op een plat scherm te bewegen, net zoals bij het spelen van een standaard computergame. In de tweede, meer meeslepende opstelling droegen deelnemers een headset die hun gezichtsveld afdekte en stonden ze op een speciale loopband die hen in staat stelde om fysiek in elke richting te lopen terwijl ze op één plek bleven. Deze tweede groep kon natuurlijk rondkijken en vooruit lopen, draaien en stoppen zoals ze dat in de echte wereld zouden doen, waarbij ze hun lichaam betrekken bij het navigatieproces.

De studie omvatte twintig gezonde jonge volwassenen die willekeurig aan een van de twee groepen werden toegewezen. Ze speelden allemaal dezelfde sequentie van zes niveaus in de virtuele stad. De ervaring begon met een begeleide tour waarbij de game hen precies vertelde waar ze heen moesten gaan, wat hen hielp wennen aan de omgeving. Naarmate ze vorderden, verdween de begeleiding en moesten ze op eigen initiatief hun weg vinden. De uitdagingen werden moeilijker: ze moesten navigeren in de nacht, tegen een klok racen, een nieuwe route vinden wanneer een weg geblokkeerd was door wegwerkzaamheden, en tot slot vanaf een locatie starten die ze nog nooit hadden bezocht. De laatste test was helemaal geen navigatietaak, maar een geheugentest. Deelnemers werden in een virtuele kamer geplaatst met een grote kaart van de stad op de muur en kregen de opdracht om plaknotities op de kaart te plaatsen om aan te geven waar zij specifieke oriëntatiepunten, zoals een ziekenhuis of een bowlingcentrum, zich bevonden.

De resultaten boden een duidelijk beeld van hoe de twee ervaringen verschilden. De groep die de meeslepende loopband en headset gebruikte, maakte minder fouten in hun routes. Ze weken minder af van het meest directe pad naar hun bestemming, wat suggereert dat zij een betere mentale kaart van de lay-out van de stad opbouwden. Dit voordeel was het meest merkbaar wanneer ze zonder hulp moesten navigeren, een route die ze zojuist hadden afgelegd in omgekeerde richting moesten rijden, of een omleiding rond een obstakel moesten vinden. Wat betre de laatste geheugentest betreft, presteerde de meeslepende groep aanzienlijk beter. Zij plaatsten een veel hoger percentage van de oriëntatiepunten op de juiste plek op de kaart en maakten minder fouten in hun plaatsing. Dit geeft aan dat het fysiek door de virtuele omgeving lopen hen hielp om de relaties tussen verschillende plaatsen effectiever te coderen dan simpelweg een personage met een muis bewegen.

Echter, dit verbeterde ruimtelijk leren ging gepaard met een trade-off. De deelnemers in de meeslepende groep deden er langer over om de navigatietaken te voltooien. Het bewegen van hun lichaam en draaien met hun hele persoon is van nature langzamer dan het indrukken van een toets op een toetsenbord, en deze fysieke beperking betekende dat hun reistijden langer waren. Ze rapporteerden ook een iets hogere mentale belasting, waarschijnlijk omdat ze hun wanden moesten coördineren met hun visuele aandacht. Ondanks deze extra eisen werd de meeslepende ervaring goed ontvangen; deelnemers vonden het bruikbaar en plezierig, en belangrijk was dat ze geen last hadden van bewegingsziekte, een veelvoorkomend probleem bij virtual reality. De onderzoekers merkten op dat hoewel de meeslepende opstelling leek te bevorderen dat men een dieper begrip van de ruimte kreeg, de studie een voorlopige test was met een klein aantal mensen, waardoor de bevindingen een sterk signaal zijn in plaats van een definitief bewijs.

De studie keek ook naar waar de meeslepende groep naar keek terwijl ze liepen, met behulp van oogtracking-technologie die in de headset is ingebouwd. Ze wilden zien of de hoeveelheid tijd die iemand naar een oriëntatiepunt staarde, voorspelde hoe goed ze het later zouden onthouden. De gegevens toonden geen eenvoudige link aan tussen langer staren en beter onthouden. Sterker nog, voor sommige oriëntatiepunten was langer kijken geassocieerd met meer verwarring, wat suggereert dat iemand misschien naar een gebouw staart omdat men onzeker is over waar het zich bevindt, en niet omdat men het succesvol aan het memoriseren is. Deze bevinding wijst erop dat de manier waarop we onze ogen gebruiken om een ruimte te leren, complex is en niet simpelweg gemeten kan worden door de seconden van aandacht te tellen.

Uiteindelijk laat het "City Walk"-project zien dat een virtual reality-systeem dat een headset combineert met een loopband een haalbare en effectieve manier is om te bestuderen hoe mensen hun omgeving leren kennen. Het suggereert dat wanneer we ons fysiek door een ruimte bewegen, zelfs een digitale, onze hersenen mogelijk een robuustere en flexibelere kaart van de wereld construeren dan wanneer we er passief doorheen bewegen. Hoewel de meeslepende methode meer tijd en fysieke inspanning vereist, lijkt het een rijker begrip van ruimtelijke relaties op te leveren. De onderzoekers zijn van plan dit werk in de toekomst uit te breiden, door te testen of deze voordelen ook gelden voor oudere volwassenen en de instrumenten te verfijnen om het specifieke mechanisme van hoe we leren navigeren beter te begrijpen. Voor nu biedt de studie een boeiend kijkje in hoe het lichaam en de geest samenwerken om onze weg te vinden.