动物群体协同行为的便携式神经调控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种动物群体协同行为的便携式神经调控系统，包括用户控制端和指令发射器构成的指令发射单元、多个穿戴式多通道动物行为神经调控器；用户控制端，用于实验员通过控制界面发送控制指令同步控制多个动物行为神经调控器；指令发射器，用于同步控制多个所述动物行为神经调控器，指令发射模块含有第一微控制器和第一无线通信模块；动物行为神经调控器，用于穿戴在每个受试动物身上，每个动物行为神经调控器包含第二无线通信模块、第二微控制器、微电流刺激模块、GPS定位模块、环境感知模块及数据存储模块。本发明专利技术优点在于不仅能控制单个受试动物，还能对多个受试动物进行实时控制，实现对受试动物群体的控制。

A portable neural control system for cooperative behavior of animal populations

The invention discloses a portable control system of an animal neural group cooperative behavior, including the user control terminal and the instruction transmitter instruction transmission unit, multiple wearable multi channel neural control of animal behavior; the user control terminal for laboratory control interface for sending control commands through the synchronous control of multiple animal behavior nerve regulator; the instruction transmitter for synchronous control of a plurality of the animal behavior of neural control, instruction transmission module comprises a first controller and a first wireless communication module; animal behavior of neural control, for each subject to wear in the animal body, each animal behavior nerve regulator consists of second wireless communication module, second micro controller, micro current stimulation module, GPS positioning module, perception module and data storage module. The invention has the advantages that not only the single subject animal can be controlled, but also the real-time control of a plurality of subject animals can be realized, and the control of the subject animal population can be realized.

【技术实现步骤摘要】
动物群体协同行为的便携式神经调控系统
本专利技术涉及群体生物学系统、智能控制、脑科学及动物行为的神经生物学领域，尤其是涉及动物群体协同行为的神经调控系统。
技术介绍
自然界动物群体中，单个个体的能力有限，但它们在群体交互作用中却能呈现出作为整体的群体智能特性，能够协同完成艰巨任务。与对单个动物行为的简单局部规则研究相比，对动物群体的研究则是协调的全局行为研究。研究动物群体行为机制和规律对理解自然生物中的复杂现象具有重要意义，另外这种生物学系统的研究能够启发工程学群体系统（大规模机器人群体、无人机群等）的研究。近年来，蜂群、鸟群、鱼群等动物的群体运动行为（即蜂拥行为）引起越来越多的关注。研究人员对蜂拥行为中“碰撞规避、速度匹配和相互聚集”规则进行了大量研究。但是目前因缺乏直接获取动物群体行为数据的有效手段，这些研究还停留在模拟建模层面。随着脑科学与脑机接口的飞速发展，现有技术已经能够实现对动物行为的调控，但是这些对动物行为的调控仅仅是对单个动物个体的调控，无法做到对多个动物行为进行同步调控，缺乏有效的手段用来人为的对动物群体进行调控。通过对动物进行微电流刺激从而控制群体的运动行为，能够为蜂拥行为究及建模提供新的手段。从群体的角度探究动物行为，控制动物群体进行协同工作，提高任务执行效率，为动物群体的蜂拥行为建模、围捕行为建模及编队控制等研究提供基础，也为后期开展脑脑交互研究提供一个思路，为同步解析不同动物个体脑电信号差异提供前提条件。因此，迫切需要研制一种能够同时调控多个动物行为的系统。
技术实现思路
本专利技术目的一方面在于提供一种动物群体协同行为的便携式神经调控系统，从全局的层面对受试动物群体行为的机制和规律进行研究。另一方面提出了一种对多个受试动物行为同步进行神经调控的手段，实验员可以同时控制多只受试动物做出不同的运动行为，从而实现对受试动物群体的控制。为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：本专利技术所述动物群体协同行为的便携式神经调控系统，包括用户控制端和指令发射器构成的指令发射单元、多个穿戴式多通道动物行为神经调控器；所述用户控制端，用于实验员通过控制界面发送控制指令同步控制多个动物行为神经调控器；所述用户控制端包含刺激通道选择模块、刺激参数调节模块、动物目标组调控模块、实验方案管理模块、实验记录模块、目标反馈模块；所述指令发射器，用于同步控制多个所述动物行为神经调控器，指令发射模块含有第一微控制器和第一无线通信模块；所述动物行为神经调控器，用于穿戴在每个受试动物身上，每个动物行为神经调控器包含第二无线通信模块、第二微控制器、微电流刺激模块、GPS定位模块、环境感知模块及数据存储模块；所述微电流刺激模块，用于产生类似于神经电信号的恒流微小电刺激，用于作用于受试动物脑区；所述动物行为神经调控器具有四个独立的刺激通道，不同的刺激通道用于作用于受试动物不同的脑区，从而控制动物不同的运动行为；所述GPS定位模块，用于定位受试动物的地理位置；所述环境感知模块，用于获取受试动物周围的温度湿度等信息；所述数据存储模块，用于存储动物的GPS数据及环境数据；所述刺激通道选择模块，用来调控动物行为神经调控器产生微电流刺激的通道；所述刺激参数调节模块，用来设置微电流刺激脉冲的脉冲长度、频率、占空比、脉冲间隔、脉串数、刺激电流值；所述动物目标组调控模块，用来选择要控制的目标动物组合；所述实验方案管理模块，用来管理实验方案，预先设定多种实验方案，实验时直接选择各方案即可；所述实验记录模块，用来显示发送的控制指令并在后台记录整个实验过程中各个调控参数；所述目标环境反馈模块，用来显示目标的位置信息及周围环境信息。动物脑区；所述恒流微小电刺激参数调控范围为：刺激通道1-4个，脉冲频率25Hz-10000Hz；占空比1%-50%，双向脉冲宽度1us-20000us，脉冲串数0-255个，每个脉冲串中的脉冲个数0-255个，脉冲串间隔100ms-25s，微电流强度0-400uA。所述目标环境反馈显示目标的位置信息及周围环境信息；用户控制端接收到目标的GPS数据及环境数据，实验员根据这些数据实时监测各个受试动物，并不断调整刺激参数，从而形成闭环调控系统，动态地控制受试动物群体进行协同工作。所述动物行为神经调控器包含两种工作模式：模式一：每个动物行为神经调控器中的射频模块目标地址和本机地址均相同，单个动物行为神经调控器中内部有各自唯一的编号；所述指令发射器发送控制指令，所述控制指令中包含目标组编号；所述物行为神经调控器接收到指令首先解码目标组编号，若和内部编号匹配则执行相应任务，若和内部编号不匹配则继续等待下次指令到来；模式二：每个所述动物行为神经调控器中的射频模块目标地址相同，但是本机地址各不相同；所述指令发射器本机地址动态更改目标地址；所述动态更改目标地址为，根据所选目标组不断更改目标地址为目标物行为神经调控器的本机地址，向目标组中的目标依次发送控制指令，目标接收到属于自己的指令后执行相应任务。本专利技术优点在于不仅能控制单个受试动物，还能对多个受试动物进行实时控制，实现通过一个PC机用户控制端同时对多个受试动物进行不同的行为控制，同步控制不同受试动物同时做出相同或不同的运动行为，实现对受试动物群体的控制。同时能够实时监测各个受试动物所处的环境参数及位置信息，实验员根据这些数据不断调整刺激参数，从而形成闭环调控系统，达到动态高效地控制受试动物群体进行协同工作。本专利技术动物行为神经调控器具有两种工作模式，支持多个动受试物群体行为研究实验范式，易于扩展，通用性强。本专利技术为受试动物群体的蜂拥行为建模、围捕行为建模及编队控制等研究提供了新的手段，为开展脑-机-脑交互研究提供了新的思路，具有重大的应用价值和实验需求。附图说明图1是本专利技术所述系统的整体结构示意图。图2是本专利技术所述指令发射单元的电路原理框图。图3是本专利技术所述动物行为神经调控器的电路原理框图。图4是本专利技术的调控流程框图。图5是本专利技术的目标寻址流程框图。具体实施方式如图1、2、3所示，本专利技术所述的动物群体协同行为的便携式神经调控系统，包括PC机用户控制端、指令发射器、多个穿戴式多通道动物行为神经调控器；PC机用户控制端选择为便携式计算机，内置有友好的用户操作界面，包含刺激通道选择模块、刺激参数调节模块、动物目标组调控模块、实验方案管理模块、实验记录模块、目标反馈模块、“发送”按钮、“停止”按钮、“结束”按钮；刺激通道选择模块用于调控神经调控器产生微电流刺激的通道；刺激参数调节模块用于设置微电流刺激脉冲的脉冲长度、频率、占空比、脉冲间隔、脉串数、刺激电流值；动物目标组调控模块，用来选择要控制的目标动物组合；实验方案管理模块用来管理实验方案，可以提前设定多种实验方案，实验时直接选择各方案即可；实验记录模块用来显示发送的控制指令并在后台记录整个实验过程中各个调控参数；目标环境反馈模块用来显示目标的位置信息及周围环境信息，用户（实验员）根据这些信息实时监测各个动物，从而能够动态高效地控制动物群体进行协同工作。指令发射器含有第一微控制器及第一无线通信模块，与计算机之间采用USB通信的方式传输信息，通过第一无线通信模块与动物行为神经调控器进行数据传送。穿戴式多通道动物行为神经调控器包含第二无线通信模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动物群体协同行为的便携式神经调控系统，包括用户控制端和指令发射器构成的指令发射单元、多个穿戴式多通道动物行为神经调控器，其特征在于：所述用户控制端，用于实验员通过控制界面发送控制指令同步控制多个动物行为神经调控器；所述用户控制端包含刺激通道选择模块、刺激参数调节模块、动物目标组调控模块、实验方案管理模块、实验记录模块、目标反馈模块；所述指令发射器，用于同步控制多个所述动物行为神经调控器，指令发射模块含有第一微控制器和第一无线通信模块；所述动物行为神经调控器，用于穿戴在每个受试动物身上，每个动物行为神经调控器包含第二无线通信模块、第二微控制器、微电流刺激模块、GPS定位模块、环境感知模块及数据存储模块；所述微电流刺激模块，用于产生类似于神经电信号的恒流微小电刺激，用于作用于受试动物脑区；所述动物行为神经调控器具有四个独立的刺激通道，不同的刺激通道用于作用于受试动物不同的脑区，从而控制动物不同的运动行为；所述GPS定位模块，用于定位受试动物的地理位置；所述环境感知模块，用于获取受试动物周围的温度湿度等信息；所述数据存储模块，用于存储动物的GPS数据及环境数据；所述刺激通道选择模块，用来调控动物行为神经调控器产生微电流刺激的通道；所述刺激参数调节模块，用来设置微电流刺激脉冲的脉冲长度、频率、占空比、脉冲间隔、脉串数、刺激电流值；所述动物目标组调控模块，用来选择要控制的目标动物组合；所述实验方案管理模块，用来管理实验方案，预先设定多种实验方案，实验时直接选择各方案即可；所述实验记录模块，用来显示发送的控制指令并在后台记录整个实验过程中各个调控参数；所述目标环境反馈模块，用来显示目标的位置信息及周围环境信息。...

【技术特征摘要】
1.一种动物群体协同行为的便携式神经调控系统，包括用户控制端和指令发射器构成的指令发射单元、多个穿戴式多通道动物行为神经调控器，其特征在于：所述用户控制端，用于实验员通过控制界面发送控制指令同步控制多个动物行为神经调控器；所述用户控制端包含刺激通道选择模块、刺激参数调节模块、动物目标组调控模块、实验方案管理模块、实验记录模块、目标反馈模块；所述指令发射器，用于同步控制多个所述动物行为神经调控器，指令发射模块含有第一微控制器和第一无线通信模块；所述动物行为神经调控器，用于穿戴在每个受试动物身上，每个动物行为神经调控器包含第二无线通信模块、第二微控制器、微电流刺激模块、GPS定位模块、环境感知模块及数据存储模块；所述微电流刺激模块，用于产生类似于神经电信号的恒流微小电刺激，用于作用于受试动物脑区；所述动物行为神经调控器具有四个独立的刺激通道，不同的刺激通道用于作用于受试动物不同的脑区，从而控制动物不同的运动行为；所述GPS定位模块，用于定位受试动物的地理位置；所述环境感知模块，用于获取受试动物周围的温度湿度等信息；所述数据存储模块，用于存储动物的GPS数据及环境数据；所述刺激通道选择模块，用来调控动物行为神经调控器产生微电流刺激的通道；所述刺激参数调节模块，用来设置微电流刺激脉冲的脉冲长度、频率、占空比、脉冲间隔、脉串数、刺激电流值；所述动物目标组调控模块，用来选择要控制的目标动物组合；所述实验方案管理模块，用来管理实验方案，预先设定多种实验方案，实验时直接选择各方案即可；所述实验记录模块，用来显示发送的控制指令并在后台记录整个实验过程中各个调控参数；所述目标环境反馈模块，用来显示...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚志刚，万红，卢俊杉，刘新玉，赵坤，王宏昌，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41