本發(fā)明涉及實驗動物行為學研究裝置，尤其涉及一種用于研究嚙齒類動物注意力的行為裝置。

背景技術(shù)：

目前，嚙齒類動物(如小鼠、大鼠)的行為學研究在該模式動物中研究中占很大比重，通過行為學儀器的輔助，可發(fā)現(xiàn)嚙齒類動物中基因突變個體、藥物以及中樞神經(jīng)環(huán)路異常等對注意力的影響。國內(nèi)常見的嚙齒類動物注意力測量設備主要為五孔探鼻記錄設備，在使用中發(fā)現(xiàn)，該設備的設計有缺陷：第一，五孔探鼻設備因為缺乏聲音信號的輸入，僅僅只能研究基于視覺信號的注意力評定，而無法研究嚙齒類動物基于“聲音-視覺”交叉信息模型的注意力行為，研究內(nèi)容單一，行為學范式死板；第二，五孔探鼻設備在訓練嚙齒類動物時，因為嚙齒類動物需要從五個孔中隨機探尋，嚙齒類動物很難將提示燈與獎勵聯(lián)系起來，第三，五孔探鼻的箱體為正方形，嚙齒類動物可以自由活動區(qū)域過大，動物完成行為訓練的比例低，因此存在訓練時間久，訓練效率低下的缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于研究嚙齒類動物注意力的行為裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：一種用于研究嚙齒類動物注意力的行為裝置，包括橫截面為三角形的箱體、第一紅外感應器、第二紅外感應器、第三紅外感應器、給水管、水泵和arduino控制器；第一、第二紅外感應器左右分布在箱體的一側(cè)壁上，所述第三紅外感應器位于箱體的底部正中處，所述第一、第二紅外感應器后面均安裝有一個給水管，每個給水管與一個水泵相連；所述第一紅外感應器、第二紅外感應器、第三紅外感應器、水泵均與arduino控制器相連。

進一步的，箱體的一側(cè)壁內(nèi)側(cè)鉸接有旋轉(zhuǎn)擋板，該旋轉(zhuǎn)擋板通過安裝在箱體外側(cè)的電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)擋板上開有兩個缺口，兩個缺口的相對位置與第一、第二紅外感應器所在位置相對應；所述電機與arduino控制器相連。

進一步的，所述第一、第二紅外感應器下方均安裝有一個LED燈，所述LED燈與arduino控制器相連。

進一步的，所述箱體的一側(cè)壁外側(cè)安裝有一個音響，所述音響與arduino控制器相連。

進一步的，還包括中間隔板，所述中間隔板放置在第三紅外感應器和箱體的一側(cè)壁之間。

進一步的，所述箱體的上方布設有攝像頭，所述攝像頭與arduino控制器相連。

進一步的，所述箱子為透光不透明的亞克力材質(zhì)箱子。

進一步的，每次水泵泵入水的體積為20uL。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明能夠解決目前五孔探鼻箱體研究內(nèi)容單一，行為學范式死板，動物完成行為訓練的比例低，訓練時間久，訓練效率低下的缺陷等等問題，第一，該裝置能夠利用(LED燈產(chǎn)生的)光與(音響產(chǎn)生的)聲音作為提示信息，研究嚙齒類動物基于“聲音-視覺”交叉信息模型的注意力行為，克服了研究內(nèi)容單一的問題；第二，嚙齒類動物為了獲得獎勵只需要試探三角形箱體的后底面上的兩個紅外感應器感應器的，相比五孔探鼻箱體減少了嚙齒類動物試探的位置(從五個減少到兩個)，嚙齒類動物更容易建立條件刺激與獎勵之間的聯(lián)系；第三，該裝置箱體為三角形，減少了嚙齒類動物自由活動的區(qū)域，增強了動物完成訓練的比例進而提高了訓練的效率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明：

圖1是本發(fā)明的立體示意圖的正側(cè)等軸視圖；

圖2是本發(fā)明的立體示意圖的正視圖，其中旋轉(zhuǎn)擋板處于“常開”位置；

圖3是本發(fā)明的立體示意圖的正視圖，其中旋轉(zhuǎn)擋板處于“常關(guān)”位置；

圖4是本發(fā)明的立體示意圖的側(cè)視圖；

圖5是本發(fā)明的立體示意圖的后視圖；

圖6是本發(fā)明的立體示意圖的俯視圖。

圖中，箱體1、第一紅外感應器2、第二紅外感應器3、第三紅外感應器4、給水管5、旋轉(zhuǎn)擋板6、缺口7、LED燈8、音響9、中間隔板10、攝像頭11、電機12。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和說明書附圖對本發(fā)明做詳細的說明，但不限于此。

實施例：

本實施方式以小鼠為例進行說明。

如圖1-6所示，本實施例針小鼠，提供一種用于研究其注意力的行為裝置，包括橫截面為三角形的箱體1、第一紅外感應器2、第二紅外感應器3、第三紅外感應器4、與第一紅外感應器2對應的第一給水管，與第二紅外感應器3對應的第二給水管。5、旋轉(zhuǎn)擋板6、水泵、電機12和arduino控制器；第一、第二紅外感應器(2、3)左右分布在箱體1的后側(cè)壁的左右兩側(cè)，所述第三紅外感應器4位于箱體1的底部中部，所述第一、第二紅外感應器2、3后面各安裝有一個給水管5：第一給水管和第二給水管，，給水管5用于給予小鼠獎勵，所述第一給水管和第二給水管分別與一個水泵相連；所述旋轉(zhuǎn)擋板6鉸接在箱體1的后側(cè)壁內(nèi)側(cè)，所述旋轉(zhuǎn)擋板6通過電機12驅(qū)動在后側(cè)壁所在平面上旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)擋板6在小鼠起始任務后開啟，任務結(jié)束后關(guān)閉，所述旋轉(zhuǎn)擋板6上開有兩個缺口7，兩個缺口7的相對位置與第一、第二紅外感應器2、3所在位置相對應；此處設計的優(yōu)點在于：平時該旋轉(zhuǎn)擋板6會遮擋箱體1的一側(cè)壁上的第一、第二紅外感應器2、3及其后的第一給水管和第二給水管，使得小鼠無法接觸到該區(qū)域，只有小鼠利用鼻子觸碰第一、第二或第三紅外感應器的紅外感應器后，該旋轉(zhuǎn)擋板6才會被旋轉(zhuǎn)至開放位置，此時小鼠才可以接觸到獎勵位置，通過這樣的機制，避免了小鼠在自由活動時候?qū)蠹t外感應器及給水管的無效嘗試，提高了訓練的效率；所述第一紅外感應器2、第二紅外感應器3、第三紅外感應器4、水泵、電機均與arduino控制器相連，三個外感應器用于采集小鼠反饋信息。

實施例中所述第一紅外感應器2、第二紅外感應器3、第三紅外感應器4可以采用Arduino公司FC-33型號的產(chǎn)品，但不限于此。在針對小鼠作為實驗對象時，本發(fā)明實施例中三個紅外感應器的寬度等于2cm，深度等于2cm，(如果是大鼠，則需相應調(diào)整寬度與深度間距)該大小剛剛適合小鼠的鼻部探入，但是頭部與身體又無法穿過，用于采集小鼠鼻觸信息。

實施例中所述arduino控制器可以采用Arduino公司UNO型號的產(chǎn)品，但不限于此。

進一步的，所述第一、第二紅外感應器(2、3)下方各安裝有一個LED燈8：第一LED燈和第二LED燈，LED燈8用于小鼠光的提示，所述LED燈8與arduino控制器相連。

進一步的，所述箱體1的后側(cè)壁外側(cè)安裝有一個音響9，音響9用于給小鼠聲音的提示所述音響9與arduino控制器相連。

進一步的，還包括中間隔板10，所述中間隔板10放置在第三紅外感應器4和箱體1的一側(cè)壁之間，該隔板阻擋了動物在第一、第二紅外感應器(2、3)之間的來回跑動試探，提高了訓練的效率。

進一步的，還包括攝像頭11，所述箱體1的上方布設有攝像頭11，錄制整個行為學過程，所述攝像頭11與arduino控制器相連。利用攝像頭11記錄小鼠的行為過程，實現(xiàn)了對小鼠注意力行為的全面檢測。

進一步的，所述箱子1為透光不透明的亞克力材質(zhì)箱子，不透明的箱體減少了動物在箱中完成任務時外界可能的干擾。

進一步的，每次水泵泵入水的體積為20uL，動物需要每天需要完成多次任務才能滿足饑渴感，保證了動物參與到該行為的動力。

下面介紹采用本發(fā)明提供的裝置對小鼠進行訓練的方法，具體如下：

具體實施過程分為訓練學習階段和注意力測試階段。

訓練學習階段1，目的讓小鼠建立鼻子觸控紅外感應器與給水獎勵的聯(lián)系：

實驗開始前48h，對實驗小鼠進行斷水處理，讓小鼠有強烈的饑渴感。實驗起始時保持旋轉(zhuǎn)擋板6處于常開位置，將小鼠放入箱體1中，小鼠會自由探索箱體各個區(qū)域，當任意一個紅外感應器(2、3、4)被小鼠無意中觸碰后，水泵都會通過給水管5給出20uL水，當小鼠發(fā)現(xiàn)水后會喝掉。然后如此反復，通過多次訓練，小鼠將能夠建立鼻子觸控紅外感應器與給水之間的聯(lián)系，該階段訓練結(jié)束后，小鼠會積極鼻觸紅外感應器。

訓練學習階段2，目的讓小鼠建立LED燈信息給水獎勵的聯(lián)系：

實驗開始前48h，對實驗小鼠進行斷水處理，讓小鼠有強烈的饑渴感。實驗起始時保持旋轉(zhuǎn)擋板6處于常關(guān)位置(旋轉(zhuǎn)擋板6擋住第一紅外感應器2和第二紅外感應器3)，只有當小鼠鼻觸第三紅外感應器4后，旋轉(zhuǎn)擋板6將旋轉(zhuǎn)至常開位置(旋轉(zhuǎn)擋板6上的兩個缺口7轉(zhuǎn)至第一紅外感應器2和第二紅外感應器3，使得第一紅外感應器2和第二紅外感應器3露出來)。然后，隨機點亮一個LED燈8，持續(xù)一段時間(在訓練最初設定為30s，隨著小鼠訓練次數(shù)的增加可以逐步減少至2s)，然后小鼠自由探索第一紅外感應器2和第二紅外感應器3，只有當小鼠鼻觸與LED燈8亮的同側(cè)的紅外感應器時，水泵會在該側(cè)的給水管5中給20uL的水，等小鼠喝完水后5s，旋轉(zhuǎn)擋板6會旋轉(zhuǎn)至常關(guān)位置，該次訓練被稱為“正確”訓練；但如果小鼠鼻觸了另外一側(cè)紅外感應器，則不會有獎勵，并且旋轉(zhuǎn)擋板6會立刻旋轉(zhuǎn)至常關(guān)位置，該次訓練被稱為“錯誤”訓練；而如果小鼠在小鼠鼻觸第三紅外感應器4后60s內(nèi)沒有鼻觸第一紅外感應器2或第二紅外感應器3，則該次訓練被稱為“無效”訓練，小鼠必須再次鼻觸第一紅外感應器4后才能再次開始訓練，如此反復，在此期間，arduino控制器會自動記錄動物“正確”、“錯誤”、“無效”訓練的次數(shù)，以及“正確”訓練中小鼠的“反應時長”，即從小鼠鼻觸第三紅外感應器4到鼻觸第一紅外感應器2或第二紅外感應器3的時間點之差。然后統(tǒng)計“正確率”、“錯誤率”、“無效率”，分別是將該動物“正確”、“錯誤”、“無效”訓練的次數(shù)除以“正確+錯誤+無效”次數(shù)之和。一般情況下，通過每天30min，連續(xù)2周的訓練之后，小鼠的正確率能達到75％以上，無效率在20％以下，“反應時長”在5s以下。

訓練學習階段3，目的讓小鼠建立聲音信息給水獎勵的聯(lián)系：

與訓練學習階段2類似，但是區(qū)別在于，將編碼給水信息的LED燈8改為用音響發(fā)出兩個不同頻率(2000Hz和8000Hz)的聲音，分別指示左側(cè)或者右側(cè)給水管5會有水。在本次試驗中，2000Hz的低頻聲音對應第一給水管出水，8000Hz的低頻聲音對應第二給水管出水。

測試階段1，目的檢測小鼠基于視覺信息的注意力水平：

與訓練學習階段2類似，但是區(qū)別在于，隨機點亮左側(cè)或者右側(cè)的LED燈8，燈亮的時間為2s，在LED燈8亮的最后0.5s時，有一個時長為0.5s的聲音作為干擾，并且該聲音編碼的是另一側(cè)給水管5有水的信息，但是實際只有LED燈8編碼的信息那一側(cè)對應著給水獎勵的“正確”信息，而聲音編碼的是“錯誤”信息。因此，小鼠需要將注意力集中在LED燈8的提示上，并且排除聲音的干擾，才能獲得水的獎勵。在30min內(nèi)，統(tǒng)計小鼠在該任務中的“正確率”及“反應時長”，通過這兩個指標可以反映出小鼠的基于視覺信息的注意力水平。

測試階段2，目的檢測小鼠基于聽覺信息的注意力水平：

與測試階段1類似，但是區(qū)別在于，交換音響9與LED燈8的功能，即音響編碼著“正確”的信息，時長為2s，而LED燈作為干擾，時長為0.5s，在聲音結(jié)束前0.5s給出，與聲音的信號同時結(jié)束。在30min內(nèi)，統(tǒng)計小鼠在該任務中的“正確率”及“反應時長”，通過這兩個指標可以反映出小鼠鼠基于聽覺信息的注意力水平。