一種家兔動(dòng)物機(jī)器人運(yùn)動(dòng)行為控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物行為控制領(lǐng)域，特別涉及一種動(dòng)物機(jī)器人運(yùn)動(dòng)行為的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人類對(duì)動(dòng)物進(jìn)行生物行為控制是當(dāng)今世界一個(gè)嶄新的高科技應(yīng)用前沿領(lǐng)域。通過(guò)對(duì)動(dòng)物行為的有效控制可執(zhí)行多種任務(wù)，可以應(yīng)用于災(zāi)難搜救、環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦井勘探等民用及軍事應(yīng)用領(lǐng)域，是一個(gè)具有廣泛應(yīng)用前景的重要領(lǐng)域。
[0003]家兔屬于哺乳動(dòng)物，而哺乳動(dòng)物的腦開(kāi)始出現(xiàn)了新皮層，大腦(端腦)、間腦、中腦、小腦和延腦分工也較為明確，合作也較為密切。大腦皮層是生物體一切活動(dòng)的最高管理者和支配者，機(jī)體的運(yùn)動(dòng)也必須在大腦皮層的控制下完成，腦皮層也有不同運(yùn)動(dòng)功能的分區(qū)，刺激這些功能區(qū)會(huì)引起肌肉收縮，產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。所以，通過(guò)模擬生成電刺激信號(hào)，刺激家兔不同的腦功能區(qū)及神經(jīng)，可產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，從而可能達(dá)到控制其行為運(yùn)動(dòng)的效果。
[0004]現(xiàn)有的文獻(xiàn)中對(duì)動(dòng)物機(jī)器人電極的植入通常采用開(kāi)顱法或顱骨鉆孔的方法，開(kāi)顱法對(duì)動(dòng)物的損傷較大，嚴(yán)重影響動(dòng)物的成活率；顱骨鉆孔方法在植入電極時(shí)一般根據(jù)動(dòng)物顱骨上的標(biāo)志點(diǎn)，采用腦立體定位儀進(jìn)行植入，如浙江大學(xué)所研制的可控靜止功能的大鼠機(jī)器人，南京航空航天大學(xué)所研制的大壁虎機(jī)器人都是根據(jù)動(dòng)物腦部的特殊標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行定位平面的確定，后使用腦立體定位儀進(jìn)行電極的植入。由于動(dòng)物個(gè)體差異較大，根據(jù)顱骨標(biāo)志進(jìn)行定位可能導(dǎo)致植入位置出現(xiàn)的偏差，對(duì)實(shí)驗(yàn)效果產(chǎn)生一定影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種植入定位更加準(zhǔn)確的家兔動(dòng)物機(jī)器人行為運(yùn)動(dòng)控制方法。本發(fā)明主要是通過(guò)對(duì)家兔顱腦進(jìn)行CT和MRI掃描成像，獲取家兔顱骨和腦組織的結(jié)構(gòu)和位置數(shù)據(jù)，對(duì)家兔顱骨進(jìn)行鉆孔，然后借助CT及MRI設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)航將電極植入到腦內(nèi)特定位置。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007](I)采用耳緣靜脈注射麻醉劑的方法將家兔進(jìn)行麻醉；
[0008](2)分別對(duì)家兔顱腦進(jìn)行CT和MRI掃描成像，掌握顱骨和腦組織的結(jié)構(gòu)和位置數(shù)據(jù)；
[0009](3)將麻醉后的家兔放在鼠兔解剖臺(tái)上，將四肢以及頭部進(jìn)行固定，沿顱頂正中線切開(kāi)皮膚，分離骨膜與顱骨，暴露前商、人字縫和矢狀縫；
[0010](4)應(yīng)用腦立體定位儀在顱骨表面進(jìn)行精確定位，并在顱骨表面標(biāo)記電極植入的特定位置；
[0011](5)用手電鉆在家兔顱骨表面的特定位置進(jìn)行鉆孔；
[0012](6)應(yīng)用CT和MRI醫(yī)學(xué)影像設(shè)備導(dǎo)航刺激電極將五個(gè)電極分別沿各顱骨鉆孔口準(zhǔn)確植入顱內(nèi)腦組織特定區(qū)域，其中一個(gè)電極為參考電極，連接刺激器輸出負(fù)極，其它四個(gè)電極連接刺激器輸出正極，分別植入家兔的前進(jìn)、奔跑、左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)功能區(qū)；
[0013](7)將植入電極與電刺激器的輸出導(dǎo)線通過(guò)漆包圓銅線相連接；
[0014](8)用牙科水泥將電極固定同時(shí)也封閉顱骨鉆孔，將家兔放入實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，待其蘇醒恢復(fù)自由運(yùn)動(dòng)后，調(diào)節(jié)刺激器的各電學(xué)參數(shù)控制家兔的運(yùn)動(dòng)行為，待家兔出現(xiàn)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016](I)應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)電子刺激器與腦植入電極有線連接的方法可以應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行動(dòng)物運(yùn)動(dòng)行為控制的研宄；
[0017](2)能夠進(jìn)行電極位置的實(shí)時(shí)修正，保證電極植入位置準(zhǔn)確性，通過(guò)電刺激器手段向腦功能區(qū)有線傳輸電刺激信號(hào)，對(duì)家兔動(dòng)物機(jī)器人運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研宄。
【具體實(shí)施方式】
[0018]取家兔，稱重，陸眠寧II按0.2/kg的劑量通過(guò)家兔耳緣靜脈注射麻醉，然后使家兔俯臥固定在兔解剖臺(tái)上。
[0019]分別對(duì)家兔顱腦進(jìn)行CT和MRI掃描成像，獲取家兔顱骨和腦組織的結(jié)構(gòu)和位置數(shù)據(jù)。
[0020]用手術(shù)刀自家兔眉間至枕部沿矢狀縫將頭皮縱行切開(kāi)，刮去顱頂?shù)募∪夂凸悄?，暴露顱骨，用溫?zé)嵘睇}水浸濕的薄棉片擦去血跡，以看清顱骨標(biāo)志點(diǎn)。
[0021]將麻醉后的家兔放在數(shù)字顯示腦立體定位儀上進(jìn)行固定，首先將兔子的上門根部齒鉤住定位儀的門齒固定槽，將耳桿插入器耳道內(nèi)，然后旋緊螺旋。
[0022]用鑷子撐開(kāi)頭皮，按照兔腦的三維立體定位方法，結(jié)合應(yīng)用MRI及CT所獲取的顱腦結(jié)構(gòu)和位置數(shù)據(jù)，將其頭顱表面進(jìn)行分區(qū)，利用立體定位儀的三維數(shù)字顯示標(biāo)記植入位點(diǎn)，所標(biāo)記的位點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)家兔的前進(jìn)、奔跑、左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)功能區(qū)，用微型手電鉆在標(biāo)記位點(diǎn)鉆孔。
[0023]應(yīng)用CT和MRI醫(yī)學(xué)影像設(shè)備導(dǎo)航，將五個(gè)電極分別沿各鉆孔植入顱內(nèi)腦組織，其中一個(gè)電極為參考電極，連接刺激器輸出負(fù)極，其它四個(gè)電極連接刺激器輸出正極，分別植入家兔的前進(jìn)、奔跑、左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向的腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)。
[0024]將漆包圓銅線作為連接植入電極和刺激器的連接導(dǎo)線，漆包圓銅線頭端一段外表面的涂層用砂紙除掉使其具有導(dǎo)電性，漆包圓銅線頭端與植入電極用電焊焊接，漆包圓銅線尾端一段外表面的涂層用砂紙除掉使其具有導(dǎo)電性，漆包圓銅線尾端與刺激器的輸出導(dǎo)線相連接。
[0025]各個(gè)植入電極與電刺激器分別通過(guò)相應(yīng)的漆包圓銅線相連接后，再將家兔放入實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，待其蘇醒恢復(fù)自由運(yùn)動(dòng)后，調(diào)節(jié)電刺激器的電壓、電流、頻率、波寬等各電學(xué)參數(shù)為最小值，打開(kāi)刺激器的電源開(kāi)關(guān)，逐漸調(diào)整電學(xué)參數(shù)，人為控制家兔動(dòng)物機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)行為，使家兔出現(xiàn)左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向、前進(jìn)、奔跑等各種動(dòng)作。通過(guò)所出現(xiàn)的動(dòng)作以及運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度、速度、角度等現(xiàn)象調(diào)整各種電學(xué)參數(shù)，獲得預(yù)期的運(yùn)動(dòng)動(dòng)作，同時(shí)也通過(guò)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的比較以獲得適宜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，達(dá)到生物行為控制的有效化和精確化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種家兔動(dòng)物機(jī)器人運(yùn)動(dòng)行為控制方法，其特征在于:它包含以下步驟: (1)采用耳緣靜脈注射麻醉劑的方法將家兔進(jìn)行麻醉； (2)分別對(duì)家兔顱腦進(jìn)行CT和MRI掃描成像，掌握顱骨和腦組織的結(jié)構(gòu)和位置數(shù)據(jù)； (3)將麻醉后的家兔放在鼠兔解剖臺(tái)上，將四肢以及頭部進(jìn)行固定，沿顱頂正中線切開(kāi)皮膚，分離骨膜與顱骨，暴露前商、人字縫和矢狀縫； (4)應(yīng)用腦立體定位儀在顱骨表面進(jìn)行定位，并在顱骨表面標(biāo)記電極植入的特定位置； (5)用手電鉆在家兔顱骨表面的特定位置進(jìn)行鉆孔； (6)應(yīng)用CT和MRI醫(yī)學(xué)影像設(shè)備導(dǎo)航刺激電極將五個(gè)電極分別沿各顱骨鉆孔口準(zhǔn)確植入顱內(nèi)腦組織特定區(qū)域，其中一個(gè)電極為參考電極，連接刺激器輸出負(fù)極，其它四個(gè)電極連接刺激器輸出正極，分別植入家兔的前進(jìn)、奔跑、左轉(zhuǎn)向、右轉(zhuǎn)向的腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)； (7)將植入電極與電刺激器的輸出導(dǎo)線通過(guò)漆包圓銅線相連接； (8)用牙科水泥將電極固定同時(shí)也封閉顱骨鉆孔，將家兔放入實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，待其蘇醒恢復(fù)自由運(yùn)動(dòng)后，調(diào)節(jié)刺激器的各電學(xué)參數(shù)控制家兔的運(yùn)動(dòng)行為。
【專利摘要】一種家兔動(dòng)物機(jī)器人運(yùn)動(dòng)行為控制方法，它包括以下步驟：1、麻醉動(dòng)物；2、對(duì)家兔顱腦進(jìn)行CT和MRI掃描成像，獲取顱骨和腦組織的結(jié)構(gòu)和位置數(shù)據(jù)；3、應(yīng)用腦立體定位儀對(duì)顱骨表面分區(qū)定位；4、用開(kāi)顱鉆在顱骨特定位置鉆孔；5、借助CT及MRI設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)航將電極植入到腦內(nèi)；6、將電極通過(guò)導(dǎo)線與電刺激器相連；7、調(diào)節(jié)刺激器參數(shù)控制動(dòng)物的各種運(yùn)動(dòng)行為。本發(fā)明應(yīng)用電刺激器與腦植入電極有線連接的方法可以應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行動(dòng)物運(yùn)動(dòng)行為控制的研究；能夠進(jìn)行電極位置的實(shí)時(shí)修正，保證電極植入位置準(zhǔn)確性，通過(guò)電刺激器向腦功能區(qū)有線傳輸電刺激信號(hào)，對(duì)家兔行為運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。
【IPC分類】A61D1-00, A61N1-36
【公開(kāi)號(hào)】CN104771239
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510170994
【發(fā)明人】彭勇, 蘇洋洋, 沈偉超, 田茹, 巨亞坤, 張凡, 周向前, 郭聰珊, 蘇晨旭
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年4月13日