一種測(cè)試水生動(dòng)物行為控制能力的水迷宮裝置及測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水生動(dòng)物生物行為控制能力的測(cè)試裝置及測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)物生物行為控制是國(guó)際上新興的前沿的高科技領(lǐng)域，水生動(dòng)物生物行為控制是其中一個(gè)重要分支。動(dòng)物行為學(xué)是生物學(xué)的最基礎(chǔ)學(xué)科之一，其在水生動(dòng)物方面的研宄主要是應(yīng)用在水產(chǎn)養(yǎng)殖、水生動(dòng)物的保護(hù)等方面，而對(duì)其行為控制的研宄在國(guó)內(nèi)外的研宄中少有報(bào)道。利用各種迷宮進(jìn)行動(dòng)物學(xué)習(xí)、記憶、覓食、策略空間認(rèn)知多方面的研宄，在神經(jīng)生物學(xué)、神經(jīng)行為學(xué)和神經(jīng)藥理學(xué)等領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用。涉及的動(dòng)物被試有鳥(niǎo)、魚(yú)、蛙、龜、鼠等，而最常用的是大白鼠。水迷宮最常用的為Morris水迷宮。
[0003]Morris水迷宮不僅用于研宄與空間學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的腦區(qū)功能評(píng)價(jià)，被廣泛應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶、老年癡呆、海馬/外海馬研宄、智力與衰老、新藥開(kāi)發(fā)/篩選/評(píng)價(jià)、藥理學(xué)、毒理學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、動(dòng)物心理學(xué)及行為生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科的科學(xué)研宄和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)等領(lǐng)域，在世界上已經(jīng)得到廣泛地認(rèn)可。各種新型水迷宮也在不斷地被開(kāi)發(fā)出來(lái)。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN201235002公開(kāi)了一種水生動(dòng)物化學(xué)信號(hào)選擇性行為測(cè)試用水迷宮，能夠直觀得出受試水生動(dòng)物對(duì)化學(xué)信號(hào)的喜好性，適用于水生動(dòng)物對(duì)某種物質(zhì)選擇性行為實(shí)驗(yàn)。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN203399597提供了一種八臂水迷宮，通過(guò)投食食餌觀察動(dòng)物尋找食物情況，用以分析動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶能力。
[0006]中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為CN102499105公開(kāi)了一種水迷宮空間學(xué)習(xí)記憶樹(shù)_模型的建立方法，進(jìn)行了定位航行實(shí)驗(yàn)和空間探索實(shí)驗(yàn)。
[0007]動(dòng)物機(jī)器人是根據(jù)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)行為的神經(jīng)生物學(xué)原理，選取活體動(dòng)物的能夠?qū)е掳l(fā)生人們預(yù)期運(yùn)動(dòng)行為的相關(guān)腦區(qū)或/和神經(jīng)，利用適宜的人工電信號(hào)和適宜的方式微刺激所選腦區(qū)或/和神經(jīng)的適宜神經(jīng)位點(diǎn)，導(dǎo)致動(dòng)物發(fā)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)行為，從而控制和引導(dǎo)動(dòng)物沿預(yù)期的路徑(軌跡)運(yùn)動(dòng)，即通過(guò)電信號(hào)支配活體動(dòng)物的神經(jīng)活動(dòng)，將其變成運(yùn)動(dòng)行為受人操縱的動(dòng)物。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)的不足之處:
[0009](I)目前各種水迷宮用于陸地哺乳動(dòng)物研宄學(xué)習(xí)記憶的較多，或用于水生動(dòng)物對(duì)某種物質(zhì)選擇性行為實(shí)驗(yàn)等方面，還沒(méi)有專(zhuān)用于水生動(dòng)物生物行為控制能力測(cè)試的水迷古口 ο
[0010](2)現(xiàn)有的各種水迷宮裝置在通道設(shè)計(jì)方面往往是封閉式通道，不適合用于水生動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)。
[0011](3)水生動(dòng)物活動(dòng)的突出特點(diǎn)就是三維立體運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)有的各種水迷宮裝置以及應(yīng)用方法主要用于平面運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，尚無(wú)用于水生動(dòng)物三維立體運(yùn)動(dòng)的測(cè)試裝置以及測(cè)試方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是提供一種制作簡(jiǎn)單、成本低廉、使用方便、能夠清晰觀察到不同的模擬電信號(hào)對(duì)水生動(dòng)物機(jī)器人運(yùn)動(dòng)行為的影響的測(cè)試水生動(dòng)物行為控制能力的水迷宮裝置及測(cè)試方法。
[0013]本發(fā)明的水迷宮裝置為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，是由一個(gè)正方形底面和四個(gè)長(zhǎng)方形側(cè)壁構(gòu)成的長(zhǎng)方體；兩個(gè)相鄰側(cè)壁之間、四個(gè)側(cè)壁與底面之間均固定連接；四個(gè)側(cè)壁均設(shè)有三個(gè)圓孔作為通道，允許實(shí)驗(yàn)水生動(dòng)物通過(guò)，側(cè)壁的三個(gè)圓孔中，一個(gè)圓孔在上，兩個(gè)圓孔在下，在上的一個(gè)為上層通道圓孔和在下的兩個(gè)為下層通道圓孔，上層通道圓孔與兩個(gè)下層通道圓孔呈等腰三角形布置，上層通道圓孔的圓心在側(cè)壁平面垂直中線上；四個(gè)側(cè)壁的4個(gè)上層通道圓孔相互呈90°角，四個(gè)側(cè)壁的8個(gè)下層通道圓孔相互呈45°角，每個(gè)通道圓孔直徑均相等。
[0014]本發(fā)明的測(cè)試方法如下:
[0015](I)將上述水迷宮裝置置入水池中，向水池注水，水池水面高度與水迷宮裝置高度相同。
[0016](2)在水迷宮裝置的正上方固定一個(gè)攝像頭，該攝像頭用于采集實(shí)驗(yàn)動(dòng)物動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)圖像，所捕獲的視頻信號(hào)通過(guò)圖像采集卡與計(jì)算機(jī)連接并在計(jì)算機(jī)窗口中顯示。
[0017](3)安裝無(wú)線遙控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由指令發(fā)生器、接收控制器、植入式微電極三部分組成。指令發(fā)生器由PC上位機(jī)、單片機(jī)和無(wú)線發(fā)射芯片組成；接收控制器由單片機(jī)、無(wú)線接收芯片、刺激器組成；微電極與接收控制器中的刺激器通過(guò)導(dǎo)線相連。PC上位機(jī)發(fā)出控制指令信號(hào)，經(jīng)USB接口芯片轉(zhuǎn)換為T(mén)TL信號(hào)，由單片機(jī)主控芯片對(duì)刺激信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和處理，通過(guò)無(wú)線發(fā)射芯片將信號(hào)傳送出去。接收端的芯片在獲得指令發(fā)生器發(fā)射的指令信號(hào)后，通過(guò)單片機(jī)主控制器進(jìn)行指令驗(yàn)證，啟動(dòng)刺激器發(fā)出刺激信號(hào)，刺激信號(hào)通過(guò)微電極刺激腦運(yùn)動(dòng)神經(jīng)核團(tuán)，控制魚(yú)的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)操作PC上位機(jī)來(lái)設(shè)置各種指令參數(shù)。
[0018](4)將實(shí)驗(yàn)魚(yú)進(jìn)行藥浴麻醉，開(kāi)顱手術(shù)，利用腦立體定位儀將微電極植入腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)，封閉顱孔并固定電極，將接收控制器搭載于實(shí)驗(yàn)魚(yú)頭部，將實(shí)驗(yàn)魚(yú)置于水迷宮裝置內(nèi)。
[0019](5)待實(shí)驗(yàn)魚(yú)蘇醒能夠在水迷宮裝置中自由游動(dòng)時(shí)，應(yīng)用無(wú)線遙控系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)行為控制能力測(cè)試的實(shí)驗(yàn)。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0021]1、制作簡(jiǎn)單、成本低廉、使用方便。
[0022]2、能夠更好地觀察水生動(dòng)物的前進(jìn)、后退、多角度轉(zhuǎn)向的平面運(yùn)動(dòng)；通道又分為上下兩層，有助于更好地觀察水生動(dòng)物的上浮、下沉的立體運(yùn)動(dòng)。
[0023]3、能夠清晰觀察到不同的模擬電信號(hào)對(duì)水生動(dòng)物機(jī)器人運(yùn)動(dòng)行為的影響，通過(guò)對(duì)特定腦神經(jīng)位點(diǎn)的刺激達(dá)到控制動(dòng)物機(jī)器人轉(zhuǎn)向、前進(jìn)、后退、上浮、下潛的目的，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制效果進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估，為水生動(dòng)物機(jī)器人運(yùn)動(dòng)行為控制能力的測(cè)試提供一種新的研宄方法。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明裝置的立體示意簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]在圖1所示的測(cè)試水生動(dòng)物行為控制能力的水迷宮裝置示意圖中，本裝置為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，是由四個(gè)長(zhǎng)方形側(cè)壁I和一個(gè)正方形底面2構(gòu)成的長(zhǎng)方體；側(cè)壁和底面材質(zhì)均為有機(jī)玻璃，兩個(gè)相鄰側(cè)壁之間、四個(gè)側(cè)壁與底面之間均由粘接劑連接固定；四個(gè)側(cè)壁均設(shè)有三個(gè)圓孔作為通道，允許實(shí)驗(yàn)水生動(dòng)物通過(guò)，側(cè)壁的三個(gè)圓孔中，一個(gè)在上，兩個(gè)在下，在上的一個(gè)為上層通道圓孔3和在下的兩個(gè)為下層通道圓孔4，上層通道圓孔與兩個(gè)下層通道圓孔呈等腰三角形布置，上層通道圓孔的圓心在側(cè)壁平面垂直中線上；四個(gè)側(cè)壁的4個(gè)上層通道圓孔相互呈90°角，四個(gè)側(cè)壁的8個(gè)下層通道圓孔相互呈45°角。整個(gè)裝置長(zhǎng)為200厘米，寬為200厘米，高為55厘米；圓孔直徑為15厘米；上層通道圓孔圓心距側(cè)壁上緣為17.5厘米，距兩側(cè)邊緣