專利名稱：用于動物記憶訓練系統(tǒng)的閉合旋轉(zhuǎn)式迷宮裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種有關(guān)研究建立動物學習和記憶行為訓練方法的模型，特別是一種用于動物記憶訓練系統(tǒng)的閉合旋轉(zhuǎn)式迷宮裝置?？蓱糜谏窠?jīng)生理學、神經(jīng)藥理學和心理學等領域。
背景技術(shù)：
目前，動物行為實驗是研究腦高級功能及其他神經(jīng)科學的不可缺少的重要手段， 尤其在神經(jīng)生理學、神經(jīng)藥理學等行為醫(yī)學研究方面具有更重要地位。其中迷宮實驗是行為實驗的經(jīng)典項目，是研究大鼠(或小鼠)學習記憶功能最常用的實驗之一，也是認知藥物篩選常用的動物模型。在迷宮任務中，迷宮裝置的儀器本身可以告知動物需要它們怎么做(類似于人類實驗的指導語)。在該任務中，研究者一般都會提到工作記憶和參照記憶(Reference Memory)這兩個概念。動物要完成一次任務，首先需要的是參照記憶，它反映了動物對任務中各個試次(Trial)間相關(guān)信息的學習(比如空間線索位置、迷宮的樣子和實驗規(guī)則等)， 因此動物在形成參照記憶的過程中，參照信息應該存在于每次實驗過程中。在實驗室情境中，動物的工作記憶是指在每輪(Session)實驗中不同的試次之間保留信息的能力。比較而言，工作記憶在各個試次之間是不同的，是動物保持每個試次信息(剛到過的地方)的記憶能力。一個試次之后，大鼠能夠擦掉這次特定的工作記憶，但保持參照記憶不變。因此工作記憶只在一個試次中起作用，參照記憶則屬于長時記憶?，F(xiàn)有的迷宮裝置主要有以下幾種1、旱迷宮測量動物工作記憶模型旱迷宮主要是指各種輻射迷宮(radial arm maze)、Y迷宮、T迷宮等。Y、T型迷宮和Barnes迷宮實驗未提供獎懲條件，完全是利用動物探索的天性，這類迷宮任務是在動物饑餓動機驅(qū)動下學習記憶的，因此實驗前一周內(nèi)要嚴格控制動物的食物攝取量，使其體質(zhì)量減輕至原來的 85%左右。但此方法存在的問題就是動物的繞臂行走天性和饑餓程度等非學習因素對實驗結(jié)果存在影響。2、水迷宮測量動物工作記憶模型經(jīng)典的水迷宮模型是Morris水迷宮(Morris water maZe，MWM)，利用動物避免水淹而尋找站臺的逃生動機進行學習記憶任務。另外在旱迷宮的基礎上可以往實驗裝置里加入水，形成8臂輻射水迷宮或T水迷宮、Y水迷宮等，以消除氣味線索對實驗成績的影響。利用水迷宮進行行為測試時，不需要控制動物飲食飲水； 動物訓練所需的時間較短，約1周；可以利用計算機建立圖像自動采集和分析系統(tǒng)，這就能根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)，制成相應的直方圖和運行軌跡圖，便于研究者對實驗結(jié)果作進一步分析和討論等。但MWM的缺點在于動物游泳的潛伏期與其運動機能狀態(tài)密切相關(guān)，所以影響動物運動機能的藥物和動物本身的狀態(tài)都有可能影響實驗的正常結(jié)果。另外，由于需要監(jiān)視系統(tǒng)及分析軟件，只有少數(shù)裝備較好的實驗室可以開展工作。實驗程序的設計需要考慮的因素較多，同時需要實驗者具備一定的神經(jīng)生理學、認知生理學和數(shù)理統(tǒng)計方面的知識， 給實驗的開展和結(jié)果的解釋帶來困難，同時也限制了該迷宮的深入廣泛的應用；由于體力消耗太大，體溫也喪失過多，年老體弱鼠完成任務較困難；并非所有鼠株都適合于Morris 迷宮測試，如BALB/c不能學會該任務(成績并不隨天數(shù)的增加而進步，129/SvJ的學習成績也偏差；個體間的成績差異巨大；某些株，如^9/SvJ株的小鼠由于有年齡相關(guān)性視路病變，在衰老時完成以視覺為基礎的學習記憶任務時就會出現(xiàn)困難。在C57BL/6株，由于嚴重的禿頭癥存在，可能使某些小鼠產(chǎn)生抑郁，加上潰瘍性皮炎，最終可能影響小鼠的游泳能力而影響實驗成績；對輕微的學習記憶能力的減退，該迷宮程序可能不敏感；將動物浸入水中可能引起內(nèi)分泌或其它應激效應。后者與腦損害或藥理學操作間的相互作用具有不確定性；經(jīng)過自動監(jiān)視系統(tǒng)的操作仍需要借助于手工才能完成，這可能使實驗變得一些乏味； 所占實驗場地過大。3、其他鼠行為模型一次性被動回避和跳臺(或爬桿)模型是兩種較簡單的研究學習記憶的模型，適用于研究記憶保持和記憶鞏固。這兩個模型都是記錄動物在遭受一次電擊后多長時間不進入給電擊的小室或不跳下平臺來測驗記憶的保持和鞏固的；新物體識別實驗是一種測量動物非空間工作記憶能力的模型，利用了動物先天對新物體有探索傾向的原理。在測試期內(nèi)，如果動物記住了舊物體，則動物對舊物體的探索時間要少于新物體。綜上，上述經(jīng)典的迷宮裝置仍存在著不同程度的局限性，人為因素較多，技術(shù)操作煩瑣，缺少電、聲音(噪音)和光等條件刺激的綜合影響因素等。為解決上述問題，本申請人經(jīng)過不斷研究，公開了專利申請?zhí)枮椤癈N200610045868.9”的技術(shù)方案一種鼠的聽覺、視覺記憶模型及智能化行為檢測系統(tǒng)，該鼠的聽覺、視覺記憶模型包括帶有數(shù)據(jù)采集區(qū)、目的區(qū)及其連接通道的迷宮，該迷宮采用多通道閉合回路的圓形暗箱式迷宮，在其帶有上蓋和柵欄底的箱體內(nèi)，通過隔板將箱體內(nèi)腔分隔成至少三個測試區(qū)，其中一個為目的區(qū)，其余數(shù)據(jù)采集區(qū)，每個隔板底部等間距分布外觀相同的帶有可調(diào)式單向門的洞形通道，每個洞形通道門側(cè)置有兩組紅外發(fā)射、接收光電元件，被隔離的各區(qū)內(nèi)分別設置可控燈光照明，各區(qū)的柵欄底分別設置隨機控制的產(chǎn)生不同梯度電壓帶的電擊導體，在箱體中間立柱上部控制箱內(nèi)設置強光發(fā)生裝置、噪音發(fā)生裝置和視頻跟蹤頭。該聽覺、視覺記憶模型利用可控燈光照明適應鼠的趨暗習性，使其在箱體內(nèi)進行自主運動，結(jié)合電擊導體產(chǎn)生的不同梯度電壓帶，以電擊刺激進行驅(qū)動來隨機控制鼠的被動運動，對禁食及非禁食鼠都適用。與現(xiàn)有水迷宮強迫動物游泳的訓練不同，采用鼠自然活動模式的自主運動和梯度電壓被動驅(qū)動相結(jié)合，防止受試鼠接受單一電刺激后遠離指定通道，避免模型動物在數(shù)據(jù)采集裝置各區(qū)停留時間不一致，使時間類數(shù)據(jù)更為準確。迷宮各通道門側(cè)的紅外發(fā)射、接收光電元件能實時、 準確地檢測動物在迷宮中的行蹤。然而本申請人發(fā)現(xiàn)該迷宮模型仍存在以下不足電擊刺激進行驅(qū)動其作用不夠溫和，梯度電壓的被動驅(qū)動容易對實驗動物產(chǎn)生不同程度的損害， 且設置較為復雜；另外，裝置不夠完善，實驗動物可能會憑借氣味完成實驗，上述缺點均會影響實驗結(jié)果，影響實驗數(shù)據(jù)的準確性。綜上所述，依據(jù)建立動物學習和記憶行為訓練方法的模型的實際需要，現(xiàn)有的迷宮裝置仍需改進。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為了提供一種設計更為合理的鼠記憶訓練系統(tǒng)的迷宮裝置， 克服了現(xiàn)有迷宮裝置如Y-maze、T-maze檢測中的偏側(cè)優(yōu)勢的不足。另外，去除了梯度電壓驅(qū)動的設置；并有效防止動物憑借氣味來完成實驗，加權(quán)了 Morris水迷宮和Y-maze、旱迷宮各自的長處；可按照實驗動物夜間活動習性程控進行星光檢測；可使實驗動物有置身于真實環(huán)境的感覺刺激，更利于實驗數(shù)據(jù)的測取。本實用新型的技術(shù)方案是一種用于動物記憶訓練系統(tǒng)的閉合旋轉(zhuǎn)式迷宮裝置， 包括圓形箱體和電路控制系統(tǒng)，箱體內(nèi)壁與中心柱體之間設置若干隔板，從而將所述箱體分隔成若干數(shù)據(jù)采集區(qū)、目的區(qū)，每個隔板底部設置外觀相同的門洞，其技術(shù)要點是所述迷宮裝置的箱體底部設置由電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)盤，所述電機設置于中心柱體上，且其輸出軸沿中心柱體軸向與所述轉(zhuǎn)盤緊固連接，則所述轉(zhuǎn)盤在所述電機帶動下繞所述中心柱體轉(zhuǎn)動， 所述箱體邊框下部周邊設有若干支撐所述轉(zhuǎn)盤的滑輪；所述轉(zhuǎn)盤上方設有篩狀支撐網(wǎng)；所述轉(zhuǎn)盤下方設有水槽形成糞便收集處理裝置，所述水槽上沿周邊布置有水管，所述水管上均勻開設噴淋口，所述水槽底部設有支撐架和下水口，所述水槽內(nèi)設有水刷；所述箱體邊框下方設置帶有滑輪的支架；各區(qū)間的所述隔板上設有液晶屏；所述目的區(qū)設有食物槽。所述隔板下方的每個門洞處設置兩對光電對射傳感器，門前門后分別放置，以’ 或’的形式輸出，從而檢測出鼠過門的方向。所述食物槽為側(cè)面帶有網(wǎng)格的圓桶型，所述食物槽的圓形側(cè)面外圍設有環(huán)形外套，所述外套一分為二，下方可分開露出網(wǎng)格，由所述電路控制系統(tǒng)控制，外套開啟時，動物即從所述食物槽的網(wǎng)格下方吃到食物作為完成訓練任務的獎賞，電源斷開后，所述外套關(guān)閉，封住所述網(wǎng)格，動物即無法吃到食物。所述隔板數(shù)目為6，并將所述圓形箱體等角度分隔成A、B、C、D、E、F六個區(qū)間，其中數(shù)據(jù)采集區(qū)5個、目的區(qū)1個，每個所述隔板下方分別等間距分布4個門洞。電路控制系統(tǒng)包括電源、單片機、視嗅覺控制器、自動沖洗排水系統(tǒng)控制器；所述自動沖洗排水系統(tǒng)控制器接收到所述單片機發(fā)出控制信號后，其電動閥門控制器控制安裝在所述糞便收集處理裝置上的電動閥開啟或關(guān)閉，使所述糞便收集處理裝置的水槽上沿布置的水管與水源連通或阻隔，定時沖洗所述水槽，污水從所述水槽下水口流出；所述單片機同時發(fā)送信號給控制所述轉(zhuǎn)盤的電機，實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)運動；所述視嗅覺控制器同時控制液晶屏LCD和氣味控制器，所述單片機在檢測到嗅覺信號后，所述氣味控制器通過空氣壓縮機、控制閥、氣味發(fā)生器、減壓閥將新鮮空氣傳送至訓練系統(tǒng)的機械臂，再由機械臂輸送至迷宮位置內(nèi)設置的氣味罐。所述水槽內(nèi)設置的所述水刷上部固定在所述轉(zhuǎn)盤底部，其下部刷體與所述水槽側(cè)壁和槽底部接觸，所述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的同時，所述水刷隨之轉(zhuǎn)動，則下部刷體可對所述水槽進行刷洗。本實用新型的優(yōu)點及積極的技術(shù)效果本實用新型在充分吸納經(jīng)典迷宮的優(yōu)點的基礎上，還具有如下特點1、在于通過精巧的轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)圓形設計，使得每輪實驗中試次之間不需將被試放回起始點，這樣可以不中斷地完成整輪實驗，一定程度上克服了動物在 Y-maze, T-maze檢測中的偏側(cè)優(yōu)勢的不足；2、迷宮通道(門洞)設置的自動沖洗排水系統(tǒng)能有效防止動物憑借氣味來完成實驗，加權(quán)了 Morris水迷宮和Y-maze、旱迷宮(Barnes迷宮)各自的長處；3、本實用新型利用計算機建立圖像、數(shù)據(jù)自動采集和分析系統(tǒng)時，借助于局域網(wǎng)和hternet依據(jù)訪問權(quán)限實現(xiàn)了遠程監(jiān)控，按照實驗動物夜間活動習性程控進行星光檢測；4、視覺刺激單元和氣味釋放裝置同步工作，可使實驗動物有置身于真實環(huán)境的感覺刺激；因此，本實用新型評價受試動物學習記憶能力時采用鼠自主運動和底盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動相結(jié)合為受試動物探究反應的動機，對禁食或非禁食鼠都適用，符合動物正常生理行為學活動的實際；夜間程控試驗定時旋轉(zhuǎn)(間隔l_2h)和圖像、數(shù)據(jù)自動采集，利用鼠夜間活動和探索的天性觀察檢測，對動物的應激較小，因此能一定程度上減少實驗結(jié)果的混雜因素。預適應階段前移被試動物在飼養(yǎng)階段就生活在和檢測系統(tǒng)外觀完全一樣的迷宮內(nèi)， 讓其自斷奶始適應環(huán)境，而不是在實驗時才取出使其熟悉環(huán)境。以上特點均突出表現(xiàn)了本迷宮裝置對實驗動物進行記憶訓練的優(yōu)勢，其實驗數(shù)據(jù)更為準確，實驗效果更為理想。

結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明圖1是本實用新型的具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是本實用新型的電路控制框圖；圖4是本實用新型自動沖洗排水系統(tǒng)的控制框圖；圖5是本實用新型的氣味釋放裝置的控制框圖；圖6是本實用新型糞便收集處理裝置的水槽結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是應用本實用新型的鼠記憶訓練系統(tǒng)的功能框圖；圖中序號說明1箱體、2隔板、3液晶屏、4電機、5篩狀支撐網(wǎng)、6轉(zhuǎn)盤、7水管、8 水槽、9水刷、10支架滑輪、11支架、12滑輪、13門洞、14食物槽、15噴淋口、16下水口。
具體實施方式
本實用新型所述的鼠記憶訓練系統(tǒng)是一種檢測生物鼠空間記憶能力的裝置，系統(tǒng)采用圓形暗箱式迷宮作為行為數(shù)據(jù)采集裝置，讓實驗鼠通過門洞形成的閉合回路，依次完成循環(huán)訓練，利用鼠的自主運動和刺激的被動運動記錄鼠的行動軌跡，通過數(shù)據(jù)采集裝置來采集該軌跡信息。然后通過數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)轿C控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫，隨時控制和監(jiān)測鼠的活動行為?！?、根據(jù)圖1-6對本實用新型作具體介紹該用于動物記憶訓練系統(tǒng)的閉合旋轉(zhuǎn)式迷宮裝置，包括圓形箱體1和電路控制系統(tǒng)，箱體1內(nèi)壁與中心柱體之間設置若干隔板2， 從而將箱體分隔成若干數(shù)據(jù)采集區(qū)、目的區(qū)，每個隔板2底部等間距分布外觀相同的門洞 13，如圖1所示，隔板數(shù)目為6，并將圓形箱體等角度分隔成A、B、C、D、E、F六個區(qū)間，其中數(shù)據(jù)采集區(qū)5個、目的區(qū)1個，每個隔板2下方設置4個門洞13。其中箱體1底部設有轉(zhuǎn)盤6，中心柱體設有電機4，電機4輸出軸沿中心柱體軸向與轉(zhuǎn)盤6中心緊固連接，則轉(zhuǎn)盤6在電機4帶動下繞中心柱體轉(zhuǎn)動，箱體邊框下部周邊設有若干支撐轉(zhuǎn)盤的滑輪12 ；轉(zhuǎn)盤6上方設有篩狀支撐網(wǎng)5，可為金屬網(wǎng)或塑料制網(wǎng)等；轉(zhuǎn)盤6 下方設有水槽8形成糞便收集處理裝置，水槽8上沿周邊布置有水管7，水管7上均勻開設噴淋口 15，水槽8底部設有支撐架和下水口 16，水槽8內(nèi)還設有水刷9 ；箱體邊框下方設置帶有滑輪10的支架11 ；各區(qū)間的隔板2上設有液晶屏3 ；目的區(qū)設有食物槽14。本申請的電路控制系統(tǒng)包括電源、單片機、視嗅覺控制器、自動沖洗排水系統(tǒng)控制器等。單片機發(fā)送信號給控制轉(zhuǎn)盤的電機4，實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤6的旋轉(zhuǎn)運動。本申請電機控制采用固態(tài)繼電器控制，驅(qū)動電機的功率<100w。本文中固態(tài)繼電器采用IOOOw的。單片機通過 MOS管間接控制繼電器。單片機控制電機的指令來自于上位機通過CAN總線發(fā)送下來的指令。CAN與RS232轉(zhuǎn)換接口電路實現(xiàn)CAN總線協(xié)議與RS232協(xié)議之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。上位機指令通過該系統(tǒng)發(fā)送到各個子節(jié)點。鼠位置的檢測隔板下方設置的每個門洞13處設置兩個光電對射傳感器，門前門后分別放置，以’或’的形式輸出，從而就可檢測出鼠過門的方向，以便檢測鼠的行走軌跡。對鼠的聲光刺激通過單片機IO 口，控制MOS管的柵極，實現(xiàn)對發(fā)光源(液晶屏)以及發(fā)聲源的控制，可以控制發(fā)聲的頻率以及發(fā)光的強度。其中，單片機作為子接收單元接主控制單元傳送過來的數(shù)據(jù)信息，從數(shù)據(jù)信息中提取命令信息，進而發(fā)出聲刺激、光刺激?？蓮臄?shù)據(jù)信息中提取出刺激的控制數(shù)據(jù)有發(fā)光強度，發(fā)聲頻率等。鼠的視覺刺激單元采用ViSaGe視覺刺激發(fā)生器，屬現(xiàn)有技術(shù)。ViSaGe采用 HbitDCAs圖像輸出技術(shù)，從而確保ViSaGe控制輸出的視覺刺激圖像顏色、亮度準確以及精確的顯示時間，即使是在圖像快速切換時也不會發(fā)生丟幀現(xiàn)象。CRS MATLAB工具包使得采用MATLAB語言編程輸出視覺刺激圖像變得更加方便快捷。同時，多種接口確保ViSaGe 能與其他設備同步化使用，如ResonseBox、EyeTracker 、EEG、Optotrak和fMRI等。食物槽14為側(cè)面帶有網(wǎng)格的圓桶型，其一底面可貼附于光滑的隔板面上。與之相對的另一底面上，有食物槽的開口，利用可折疊的半圓形的上半面，即可將食物放入食物槽內(nèi)。食物槽的圓形側(cè)面外圍設有環(huán)形外套，外套一分為二，下方可分開露出網(wǎng)格，由電路控制系統(tǒng)控制，當外套開啟時，動物即可從食物槽的網(wǎng)格下方吃到食物作為完成訓練任務的獎賞，當經(jīng)過一定時間(IOs)后，電源斷開，則外套關(guān)閉，封住網(wǎng)格，動物即無法吃到食物。自動沖洗排水系統(tǒng)(糞便收集系統(tǒng))控制器接收到AT89S51單片機P3.6(I/0)發(fā)出控制信號，控制其BFC-2型電動閥門控制器工作，進而控制電動安裝在所述糞便收集處理裝置上的電動閥開通/關(guān)閉，使糞便收集處理裝置的水槽8上沿布置的水管7與水源連通或阻隔，自來水水源通過電動閥對下水裝置，即水槽定時沖洗，污水從所述下水口流出。 水槽8內(nèi)設置的水刷9上部固定在轉(zhuǎn)盤6底部，其下部刷體與水槽側(cè)壁和槽底部接觸，當單片機控制轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的同時，水刷9隨之轉(zhuǎn)動，則下部刷體可對水槽進行刷洗，清除掉實現(xiàn)動物的排泄物等，進而消除氣味帶給實驗效果的影響。氣味釋放裝置單片機通過視嗅覺控制器同時控制液晶屏LCD3和氣味控制器，單片機在檢測到嗅覺信號后，通過空氣壓縮機、控制閥、氣味發(fā)生器、減壓閥將新鮮空氣傳送至訓練系統(tǒng)設置的機械臂，再由機械臂輸送至迷宮位置內(nèi)設置的氣味罐。二、本申請支持網(wǎng)絡化操作，可實現(xiàn)遠程操縱系統(tǒng)的設置和運行客戶機/服務器(Client / Server)模式早期的C / S模式下的信息系統(tǒng)是主要是將一個完整的數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)劃分成前臺客戶機(前端)、應用程序和后臺服務器三個主要部分，并通過網(wǎng)絡實現(xiàn)應用程序和服務器之間的相互連接，并進行數(shù)據(jù)的傳送。這種結(jié)構(gòu)的核心思想就是客戶機應用程序只需向服務器發(fā)送數(shù)據(jù)請求，其他的一切操作都由服務器進行處理，最后將處理完的結(jié)果返回到客戶機的應用程序當中。此時服務器進行的處理過程對客戶機應用程序來說是完全不可見的。數(shù)據(jù)庫服務器和客戶機進行分工合作，分布式共同完成應用任務。兩層客戶機/服務器結(jié)構(gòu)的主要特點在于處理任務時，將客戶機和服務器之間進
7行分工，這樣的優(yōu)勢體現(xiàn)在當客戶機向服務器發(fā)送請求時，服務器只需完成客戶機發(fā)來的數(shù)據(jù)查詢?nèi)蝿詹⒔Y(jié)果返回，這樣就能減少工作站的網(wǎng)絡負載量。因為網(wǎng)絡上傳輸?shù)闹皇强蛻魴C的數(shù)據(jù)請求以及服務器返回的處理結(jié)果，不再是整個數(shù)據(jù)庫文件，這樣就可以讓工作站的網(wǎng)絡負載明顯變小，有效地提升低速連接的遠程客戶機的工作效率。由于數(shù)據(jù)庫通常采用集中管理模式，客戶機在通過SQL語言訪問數(shù)據(jù)庫時，客戶機的平臺又可以是多樣的，比如PC、Macintosh, UNIX工作站等等；而且操作系統(tǒng)也可以多樣的，比如Windows、UNIX、0S / 2等等。這樣當數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，或者數(shù)據(jù)庫平臺更換時，客戶程序?qū)⒉恍枰騼H僅只是需要進行極少量的改變。通過這些特點我們大致可以得出，數(shù)據(jù)庫平臺與工作站無關(guān)，數(shù)據(jù)庫與客戶機程序無關(guān)的結(jié)論。數(shù)據(jù)庫采用了基于事務的RDBMS，保留事務日志和數(shù)據(jù)庫備份/恢復機制，這樣就能很好地進行數(shù)據(jù)庫的維護，用以保證數(shù)據(jù)庫的完整性。數(shù)據(jù)庫應用程序開發(fā)在邏輯意義上可分為三個部分數(shù)據(jù)表示層、邏輯應用層和數(shù)據(jù)服務層。上述傳統(tǒng)的兩層客戶機/服務器結(jié)構(gòu)可以進行橫向擴充，從而就能得到三層或者更多層的客戶機/服務器結(jié)構(gòu)。通信協(xié)議由于通信過程的不確定性，為了確保數(shù)據(jù)的無差錯傳輸，我們最終決定采用停-等協(xié)議并在通信過程中進行CRC校驗。停等協(xié)議接收端正確收到數(shù)據(jù)后，返回一個確認幀(ACK)，發(fā)送端才發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。當接收端收到錯誤數(shù)據(jù)后，返回一個否定幀 (NAK)，發(fā)送端重傳。當數(shù)據(jù)丟失后，發(fā)送端可以進行超時重傳。這樣就保證了發(fā)送端與接收端建立無差錯連接。為了校驗數(shù)據(jù)的正確性，我們采用CRC校驗的方法，采用8位校驗碼。 因此我們定義幀長度為M位，3個字節(jié)。第一個字節(jié)為控制位，第二個字節(jié)為數(shù)據(jù)位，第三個字節(jié)為CRC校驗位。22個控制節(jié)點與主通信節(jié)點之間的通信我們采用令牌總線的方式， 主單元循環(huán)掃描子單元。當某一個子單元有事件發(fā)生時，該子單元占領總線與主單元實現(xiàn)對點通信。三、對利用本迷宮裝置的訓練系統(tǒng)的簡單描述(以下述具體的迷宮裝置配置相應的刺激裝置為例)迷宮裝置的箱體外形結(jié)構(gòu)尺寸為直徑200cm，高80cm。系統(tǒng)空間由6塊隔板均勻的隔開，在每塊隔板的下部均勻分布4個穿越洞(門洞)。每洞口設2對紅外光電傳感器。底部是篩網(wǎng)狀的鐵絲結(jié)構(gòu)可用來支撐實驗鼠或機器鼠在其上的運動，同時在系統(tǒng)中心軸處設有電機轉(zhuǎn)動，會帶動篩網(wǎng)的轉(zhuǎn)動。這樣，放入系統(tǒng)中的實驗鼠或機器鼠就在這6個隔板下的穿越洞之間來回的運動，與此同時，篩網(wǎng)也在不停的旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成了整個系統(tǒng)的運動形式。穿越洞高90 mm，寬110 mm，厚60 mm，洞間距為的100 mm，底面篩網(wǎng)的孔尺寸為12 χ 12 mm。 該系統(tǒng)通過電機控制轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動進而迫使實驗鼠進行過門訓練。該訓練系統(tǒng)的功能實現(xiàn)如圖 7所示。訓練系統(tǒng)的規(guī)則設定每次進行測試之前均要進行規(guī)則的設定，規(guī)則包括實驗鼠的初始區(qū)域，每個門的屬性(如綠門和紅門分別代表可通過性的是與否)，并視實驗鼠完成訓練情況給予單一或組合獎懲。a)初始區(qū)域設定設定實驗鼠的初始區(qū)域，方便以后的統(tǒng)計工作。b)紅門、綠門設定設定M個門的屬性，即可通過性。c)刺激種類設定刺激種類包括聲、光、電、水、氣體、食物、圖像及氣味等刺激。當實驗鼠通過非綠色門(紅門)時，給與不同的懲罰措施，或當實驗鼠成功通過綠門時，給與不同的獎勵措施。本系統(tǒng)通過機械臂、遙控刺激裝置可實現(xiàn)多種刺激。其中機械臂上設置三種末端刺激機構(gòu)，末端刺激機構(gòu)為附帶三種管道的機械臂，三種管道分別對應水、氣體、食物刺激， 如圖8所示，機械臂上分別設置水管道、氣通道、食物通道，機械臂末端還設有移動液晶屏。 刺激系統(tǒng)通過PLC控制系統(tǒng)分別實現(xiàn)控制水、氣體、食物的供給，當定位到實驗鼠的位置后，機械臂末端設置的電磁閥按照PC發(fā)送的過門信號自動開啟，釋放相應的刺激。遙控刺激裝置包括電刺激模塊、機械刺激模塊、聲刺激模塊、繼電器驅(qū)動模塊、無線接收模塊和無線發(fā)射模塊等組成，上述電刺激、聲刺激、機械振動刺激模塊、無線發(fā)射模塊、無線接收模塊和繼電器驅(qū)動模塊組裝在一起后固定在實驗動物身體外側(cè)捆綁的載體上，該載體可以是有彈性的帆布，帆布兩端設有粘結(jié)扣以便于捆綁實驗鼠。當實驗鼠在鼠的路徑訓練模型及智能化行為監(jiān)測系統(tǒng)中檢測開始后，捆扎在實驗鼠后背上的接收、刺激裝置在實驗鼠通過非綠色門(紅門)時，給予設定的刺激。d)刺激時間設定每次進行刺激時的刺激時間，也可選擇當刺激開始后手動停止刺激。e)底盤轉(zhuǎn)速設定設置底盤的轉(zhuǎn)速。2、數(shù)據(jù)采集每進行一輪測試都要對實驗鼠通過門的信息進行采集。a)單輪路線統(tǒng)計實驗鼠從出發(fā)區(qū)出發(fā)，最后回到出發(fā)區(qū)定義為一輪。該功能統(tǒng)計實驗鼠行走一輪經(jīng)過的路線。b)總體成功與失敗次數(shù)統(tǒng)計實驗鼠通過綠色門完成一圈定義為成功，通過了紅色門定義為失敗，該功能統(tǒng)計實驗鼠成功與失敗的次數(shù)。c)紅門、綠門通過情況統(tǒng)計該功能統(tǒng)計實驗鼠通過紅門與綠門的次數(shù)。3、過程顯示該系統(tǒng)中每個門的屬性以及實驗鼠的位置可直觀的顯示出來。a)紅門、綠門顯示通過每個門顏色的區(qū)別將各個門的屬性顯示出來。b)實驗鼠運動過程顯示顯示實驗鼠當前的位置。4、文檔管理將統(tǒng)計獲得的信息生成備份文檔。a)生成統(tǒng)計報表將統(tǒng)計信息導出到Excel表格中。b)生成系統(tǒng)日志該系統(tǒng)日志將包括上位機受到以及發(fā)出的每一條命令的時間及內(nèi)容。(包括實驗鼠何時過何門，什么時候受到什么樣的刺激等)當鼠標移到實驗鼠時，鼠標指針變成十字行，此時可以拖動實驗鼠設定初始區(qū)域。本實驗系統(tǒng)軟件采用C#編程語言結(jié)合.NET構(gòu)架完成軟件的編寫工作，編譯環(huán)境采用Visual Studio 2008。數(shù)據(jù)庫采用MySQL數(shù)據(jù)庫。本實用新型配置上述刺激裝置形成的動物記憶訓練系統(tǒng)實驗效果更加理想，對神經(jīng)生理學、神經(jīng)藥理學和心理學等領域的研究具有非常的意義。
權(quán)利要求1.一種用于動物記憶訓練系統(tǒng)的閉合旋轉(zhuǎn)式迷宮裝置，包括圓形箱體和電路控制系統(tǒng)，箱體內(nèi)壁與中心柱體之間設置若干隔板，從而將所述箱體分隔成若干數(shù)據(jù)采集區(qū)、目的區(qū)，每個隔板底部設置外觀相同的門洞，其特征在于所述迷宮裝置的箱體底部設置由電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)盤，所述電機設置于中心柱體上，且其輸出軸沿中心柱體軸向與所述轉(zhuǎn)盤緊固連接，則所述轉(zhuǎn)盤在所述電機帶動下繞所述中心柱體轉(zhuǎn)動，所述箱體邊框下部周邊設有若干支撐所述轉(zhuǎn)盤的滑輪；所述轉(zhuǎn)盤上方設有篩狀支撐網(wǎng)；所述轉(zhuǎn)盤下方設有水槽形成糞便收集處理裝置，所述水槽上沿周邊布置有水管，所述水管上均勻開設噴淋口，所述水槽底部設有支撐架和下水口，所述水槽內(nèi)設有水刷；所述箱體邊框下方設置帶有滑輪的支架；各區(qū)間的所述隔板上設有液晶屏；所述目的區(qū)設有食物槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于動物記憶訓練系統(tǒng)的閉合旋轉(zhuǎn)式迷宮裝置，其特征在于所述隔板下方的每個門洞處設置兩對光電對射傳感器，門前門后分別放置，以’或’的形式輸出，從而檢測出鼠過門的方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于動物記憶訓練系統(tǒng)的閉合旋轉(zhuǎn)式迷宮裝置，其特征在于所述食物槽為側(cè)面帶有網(wǎng)格的圓桶型，所述食物槽的圓形側(cè)面外圍設有環(huán)形外套，所述外套一分為二，下方可分開露出網(wǎng)格，由所述電路控制系統(tǒng)控制，外套開啟時，動物即從所述食物槽的網(wǎng)格下方吃到食物作為完成訓練任務的獎賞，電源斷開后，所述外套關(guān)閉，封住所述網(wǎng)格，動物即無法吃到食物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于動物記憶訓練系統(tǒng)的閉合旋轉(zhuǎn)式迷宮裝置，其特征在于所述隔板數(shù)目為6，并將所述圓形箱體等角度分隔成A、B、C、D、E、F六個區(qū)間，其中數(shù)據(jù)采集區(qū)5個、目的區(qū)1個，每個所述隔板下方分別等間距分布4個門洞。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于動物記憶訓練系統(tǒng)的閉合旋轉(zhuǎn)式迷宮裝置，其特征在于電路控制系統(tǒng)包括電源、單片機、視嗅覺控制器、自動沖洗排水系統(tǒng)控制器；所述自動沖洗排水系統(tǒng)控制器接收到所述單片機發(fā)出控制信號后，其電動閥門控制器控制安裝在所述糞便收集處理裝置上的電動閥開啟或關(guān)閉，使所述糞便收集處理裝置的水槽上沿布置的水管與水源連通或阻隔，定時沖洗所述水槽，污水從所述水槽下水口流出；所述單片機同時發(fā)送信號給控制所述轉(zhuǎn)盤的電機，實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)運動；所述視嗅覺控制器同時控制液晶屏LCD和氣味控制器，所述單片機在檢測到嗅覺信號后，所述氣味控制器通過空氣壓縮機、控制閥、氣味發(fā)生器、減壓閥將新鮮空氣傳送至訓練系統(tǒng)的機械臂，再由機械臂輸送至迷宮位置內(nèi)設置的氣味罐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于動物記憶訓練系統(tǒng)的閉合旋轉(zhuǎn)式迷宮裝置，其特征在于所述水槽內(nèi)設置的所述水刷上部固定在所述轉(zhuǎn)盤底部，其下部刷體與所述水槽側(cè)壁和槽底部接觸，所述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的同時，所述水刷隨之轉(zhuǎn)動，則下部刷體可對所述水槽進行刷洗。
專利摘要一種用于動物記憶訓練系統(tǒng)的閉合旋轉(zhuǎn)式迷宮裝置，它包括圓形箱體和電路控制系統(tǒng)，其技術(shù)要點是迷宮裝置的箱體底部設置由電機驅(qū)動的轉(zhuǎn)盤，電機設置于中心柱體上，且其輸出軸沿中心柱體軸向與轉(zhuǎn)盤緊固連接，則轉(zhuǎn)盤在電機帶動下繞中心柱體轉(zhuǎn)動，箱體邊框下部周邊設有若干支撐轉(zhuǎn)盤的滑輪，所述轉(zhuǎn)盤上方設有篩狀支撐網(wǎng)。本實用新型克服了現(xiàn)有迷宮裝置如Y-maze、T-maze檢測中的偏側(cè)優(yōu)勢的不足。另外，去除了梯度電壓驅(qū)動的設置；并有效防止動物憑借氣味來完成實驗，加權(quán)了Morris水迷宮和Y-maze、旱迷宮各自的長處；可按照實驗動物夜間活動習性程控進行星光檢測；可使實驗動物有置身于真實環(huán)境的感覺刺激，更利于實驗數(shù)據(jù)的測取。
文檔編號A01K15/02GK201967488SQ2011200559
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者匡寶平, 商麗宏, 曹偉平, 朱啟文, 李玉生, 王克威, 趙建文 申請人:沈陽醫(yī)學院