一種全自動鼠迷宮行為訓(xùn)練系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于動物行為學(xué)及神經(jīng)電生理學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種全自動鼠迷宮行為訓(xùn)練系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]迷宮（如十字迷宮，Y/T迷宮，回形迷宮，八臂迷宮）訓(xùn)練是研究啃齒類動物學(xué)習(xí)與記憶能力的基本手段。也在其他一些領(lǐng)域常用，如對經(jīng)基因操作動物進(jìn)行認(rèn)知功能鑒定，認(rèn)知藥物篩選等。
[0003]以往在對動物進(jìn)行這類迷宮訓(xùn)練時，多采用人工訓(xùn)練的方法。如基于迷宮模型的小鼠智力與記憶力訓(xùn)練是一個很常見的訓(xùn)練項(xiàng)目。但在人工條件下訓(xùn)練時，實(shí)驗(yàn)者需要做很多工作，比如要不停地記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還比如實(shí)驗(yàn)者有時要手持一擋板先將大鼠限制在起始區(qū)域內(nèi)及在規(guī)定的延緩期后撤去擋板等，如果要改變實(shí)驗(yàn)的獎勵量及風(fēng)險(xiǎn)概率還要重新對整個實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行大量更改工作。因此做一個訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)往往需要多人協(xié)同完成。這種方法要求實(shí)驗(yàn)者有較高的實(shí)驗(yàn)技巧以盡可能避免對動物造成過度應(yīng)激。顯然，這種實(shí)驗(yàn)過程會的很大程度地影響結(jié)果的客觀性。
[0004]此外，隨著行為電生理學(xué)等方法的不斷進(jìn)步，簡單的行為學(xué)觀察已不能滿足研究者的需求。當(dāng)對處于任務(wù)操作中的動物進(jìn)行電生理觀察和記錄時，對動物進(jìn)行人為接觸將對觀測造成極大的干擾。行為訓(xùn)練的自動化和程控化是對自由活動動物進(jìn)行電生理記錄時的必然要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于在傳統(tǒng)迷宮基礎(chǔ)上的迷宮通道門上加裝程控標(biāo)識（LED燈)、程控獎勵量控制閥、多對紅收發(fā)傳感器及上位機(jī)控制軟件，采用軟硬件結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)行為訓(xùn)練的自動化，解決上述【背景技術(shù)】中所提到的問題，實(shí)現(xiàn)大/小鼠的形為訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)的自動化。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為；一種全自動鼠迷宮行為訓(xùn)練系統(tǒng)，主要由迷宮主體、迷宮內(nèi)室、迷宮控制電路、電源、PCl接口數(shù)據(jù)采集卡和電腦組成；其特征在于；迷宮主體為四個迷宮單室組成的回型迷宮，回型迷宮中間為迷宮內(nèi)室，迷宮內(nèi)室內(nèi)置有迷宮控制電路和電源，迷宮控制電路通過PCl接口數(shù)據(jù)采集卡和電腦連接，電腦內(nèi)置有上位機(jī)控制軟件模塊。
[0007]本發(fā)明所述迷宮單室有二道室門，內(nèi)置有二道通道指示門，在二道通道指示門中間設(shè)置一塊通道間隔板，在通道間隔板不遠(yuǎn)處設(shè)置有一個獎勵釋放點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明所述迷宮單室室內(nèi)有三個紅外發(fā)光二極管和三個紅外接收管，分別安裝于兩個通道入口處的通道指示門正上方及獎勵釋放點(diǎn)左右二側(cè)的位置。
[0009]本發(fā)明所述通道指示門安裝有多個LED發(fā)光二極管，電腦內(nèi)的上位機(jī)控制軟件模塊可控制各個LED發(fā)光二極管的亮與滅，大/小鼠選擇不同亮燈數(shù)的門通過將得到事先設(shè)定好的獎勵規(guī)則對應(yīng)的獎勵量，并記錄訓(xùn)練結(jié)果。通道指示門是可拆卸可更換，可以針對不同的訓(xùn)練項(xiàng)目安裝不能的門，通道門通過卡槽安裝于通道入口處。
[0010]本發(fā)明所述迷宮單室設(shè)置若干紅外探頭，用于檢測鼠在迷宮中的所在位置及鼠實(shí)際行走的通道。
[0011 ] 本發(fā)明所述獎勵釋放點(diǎn)附近設(shè)置獎勵量控制閥，由電腦內(nèi)的上位機(jī)控制軟件模塊控制用于給予鼠相應(yīng)于其行為的獎勵。
[0012]本發(fā)明所述迷宮內(nèi)室用于安裝迷宮控制電路與架設(shè)獎勵及一個高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭。
[0013]本發(fā)明所述上位機(jī)控制軟件模塊的界面主要有訓(xùn)練模式設(shè)置區(qū)、獎勵規(guī)則設(shè)置區(qū)、系統(tǒng)其它參數(shù)設(shè)置區(qū)、按鈕區(qū)和訓(xùn)練結(jié)果記錄區(qū)；訓(xùn)練模式設(shè)置區(qū)用于設(shè)置系統(tǒng)的具體訓(xùn)練模式，不同的模式對不同的行為會有不同的獎勵規(guī)則；獎勵規(guī)則設(shè)置區(qū)用于設(shè)定當(dāng)對應(yīng)模式下的最小獎勵量及風(fēng)險(xiǎn)概率等；系統(tǒng)其它參數(shù)設(shè)置區(qū)用于設(shè)定系統(tǒng)的其它參數(shù)，比如要訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)次數(shù)/時間；按鈕區(qū)用于開始/暫停訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)及保存實(shí)驗(yàn)結(jié)果為EXCEL文件；訓(xùn)練結(jié)果記錄區(qū)用于臨時存儲并顯示當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的結(jié)果記錄。
[0014]本發(fā)明所述控制電路主要包適紅外探測的電路、LED發(fā)光二極管的控制電路和獎勵控制電路給成；其中，單對紅外探測的電路的紅外探頭的發(fā)射端D3正極接電源的VCC(DC5V)端，負(fù)極串聯(lián)保護(hù)電阻R18后接電源的地線端GND，紅外探頭的接收端DS3負(fù)極接電源的VCC端，正極分出兩條線，一條線串連電阻R17后接電源的地線端，一條線作為模擬信號輸入接輸出給數(shù)據(jù)采集卡；單個通道門上的LED發(fā)光二極管的控制電路中Rl, R5, R6, R19為330歐的電阻，L1為白光發(fā)光二極管，Q1為三極管；R6 —端接電源VCC，一端接L1正極，R5與R6并聯(lián)，L1負(fù)極接三集管Q1的集電極(c極)，Q1的發(fā)射極接電源GND端，R1與L1并聯(lián)，基極與R19 —端相連，R19另一端與采集卡的數(shù)字I/O輸出口相連，采集卡可以通過拉高/置低相應(yīng)I/O 口的電平來控制對應(yīng)的LED的亮與滅；單個獎勵控制電路圖中J1為一電磁閥，U1為繼電器，D4為一個泄流二極管；電磁閥的負(fù)極(黑)接電源的-12V端，正極(紅)通過繼電器與電源+12V相連，繼電器的控制線圈一端與采集卡的一數(shù)字1/0輸出口相連，并與泄流二極管D4的負(fù)極相連，D4正及與繼電器控制線圈另一端相交后接地。
[0015]本發(fā)明的具體操作方法如下:以小鼠行為訓(xùn)練為例，具體任務(wù)流程有；
(1)任務(wù)開始前，程序控制將各室的所有LED燈及獎勵控制閥關(guān)閉；
(2)訓(xùn)練員在上位機(jī)控制軟件模塊上設(shè)置好訓(xùn)練模式及訓(xùn)練相關(guān)的參數(shù)(如風(fēng)險(xiǎn)概率、實(shí)驗(yàn)次數(shù)、獎勵量等)；
(3)訓(xùn)練點(diǎn)擊電腦中的開始訓(xùn)練按鈕并在其中一實(shí)驗(yàn)室放入一實(shí)驗(yàn)對象(小鼠)；
(4)接下來的訓(xùn)練均是系統(tǒng)自動完成，直到達(dá)到訓(xùn)練員設(shè)定的實(shí)驗(yàn)次數(shù)停止，上位機(jī)控制軟件模塊將彈出訓(xùn)練完成提示消息窗口；
(5)訓(xùn)練員根據(jù)整個實(shí)驗(yàn)過程的實(shí)際情況判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否有效及是否保存本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
(6)從實(shí)驗(yàn)迷宮中取出小鼠，關(guān)閉電腦，即關(guān)閉所有LED及獎勵控制閥，完成一次訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)。以上是本發(fā)明的基本工作過程，訓(xùn)練員要做的工作相當(dāng)簡單，實(shí)現(xiàn)了小鼠行為訓(xùn)練的自動化。
[0016]本發(fā)明的核心在于通道門上的標(biāo)識(LED的亮滅)數(shù)自動變化、獎勵量的自動調(diào)整及對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的自動記錄功能的有效實(shí)現(xiàn)；在原有迷宮的各通道口加裝LED燈來指示進(jìn)入該通道的不同獎勵量及獎勵風(fēng)險(xiǎn)；整個訓(xùn)練過程基本無需人工參與，訓(xùn)練模式及獎勵規(guī)則可通過軟件靈活改變。
[0017]本發(fā)明的有益效果是；研發(fā)成本低，實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、工作穩(wěn)定可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡沽、可大大減化大/小鼠行為訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜程度，增加其實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，實(shí)現(xiàn)大/小鼠的形為訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)的自動化；該系統(tǒng)還可以很好地應(yīng)用到其它動物的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)中。
【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0019]圖1為本發(fā)明迷宮行為訓(xùn)練系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明迷宮行為訓(xùn)練系統(tǒng)的回形迷宮結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明迷宮行為訓(xùn)練系統(tǒng)的迷宮單室結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為本發(fā)明迷宮行為訓(xùn)練系統(tǒng)的通道指示門的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5為本發(fā)明迷宮行為訓(xùn)練系統(tǒng)的迷宮控制電路示意圖。
[0024]圖6為本發(fā)明迷宮行為訓(xùn)練系統(tǒng)的單對紅外探頭的電路示意圖。
[0025]圖7為本發(fā)明迷宮行為訓(xùn)練系統(tǒng)的LED發(fā)光二極管的控制電路示意圖。
[0026]圖8為本發(fā)明迷宮行為訓(xùn)練系統(tǒng)的單室中的獎勵控制電路示意圖。
[0027]圖9為本發(fā)明迷宮行為訓(xùn)練系統(tǒng)的上位機(jī)控制軟件模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0028]在圖中，1、迷宮單室，2、迷宮內(nèi)壁，3、迷宮控制電路，4、電源，5、PC1接口數(shù)據(jù)采集卡，6、電腦，7、室門，8、通道指示門，9、通道間隔板，10、獎勵釋放點(diǎn)，11、紅外發(fā)光二極管，
12、三個紅外接收管，13、LED發(fā)光二極管，14、訓(xùn)練模式設(shè)置區(qū)，15、獎勵規(guī)則設(shè)置區(qū)，16、系統(tǒng)其它參數(shù)設(shè)置區(qū)、17、按鈕區(qū)，18、訓(xùn)練結(jié)果記錄區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]如圖1-圖4所示，本發(fā)明的實(shí)施方式(以小鼠回形迷宮為例);一種全自動鼠迷宮行為訓(xùn)練系統(tǒng)，主要由迷宮主體、迷宮內(nèi)室2、迷宮控制電路3、電源4、PC1接口數(shù)據(jù)采集卡5和電腦6組成；其特征在于；迷宮主體為四個迷宮單室1組成的回型迷宮，回型迷宮中間為迷宮內(nèi)室2，迷宮內(nèi)室2內(nèi)置有迷宮控制電路3和電源4，迷宮控制電路3通過PC1接口數(shù)據(jù)采集卡5和電腦6連接，電腦6內(nèi)置有上位機(jī)控制軟件模塊；迷宮單室1有二道室門7，內(nèi)置有二道通道指示門8