一种全自动鼠迷宫行为训练系统技术方案

本发明专利技术公开了一种全自动鼠迷宫行为训练系统，主要由迷宫主体、迷宫内室、迷宫控制电路、电源、PC1接口数据采集卡和电脑组成；其特征在于；迷宫主体为四个迷宫单室组成的回型迷宫，回型迷宫中间为迷宫内室，迷宫内室内置有迷宫控制电路和电源，迷宫控制电路通过PC1接口数据采集卡和电脑连接，电脑内置有上位机控制软件模块。本发明专利技术的有益效果是；研发成本低，实用性强、操作简单、工作稳定可靠、扩展性强、系统结构简沽、可大大减化大/小鼠行为训练实验的复杂程度，增加其实验结果的可靠性，实现大/小鼠的形为训练实验的自动化；该系统还可以很好地应用到其它动物的行为学实验中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于动物行为学及神经电生理学实验领域，具体涉及一种全自动鼠迷宫行为训练系统。
技术介绍
迷宫（如十字迷宫，Y/T迷宫，回形迷宫，八臂迷宫）训练是研究啃齿类动物学习与记忆能力的基本手段。也在其他一些领域常用，如对经基因操作动物进行认知功能鉴定，认知药物筛选等。以往在对动物进行这类迷宫训练时，多采用人工训练的方法。如基于迷宫模型的小鼠智力与记忆力训练是一个很常见的训练项目。但在人工条件下训练时，实验者需要做很多工作，比如要不停地记录实验结果，还比如实验者有时要手持一挡板先将大鼠限制在起始区域内及在规定的延缓期后撤去挡板等，如果要改变实验的奖励量及风险概率还要重新对整个实验环境进行大量更改工作。因此做一个训练实验往往需要多人协同完成。这种方法要求实验者有较高的实验技巧以尽可能避免对动物造成过度应激。显然，这种实验过程会的很大程度地影响结果的客观性。此外，随着行为电生理学等方法的不断进步，简单的行为学观察已不能满足研究者的需求。当对处于任务操作中的动物进行电生理观察和记录时，对动物进行人为接触将对观测造成极大的干扰。行为训练的自动化和程控化是对自由活动动物进行电生理记录时的必然要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于在传统迷宫基础上的迷宫通道门上加装程控标识（LED灯)、程控奖励量控制阀、多对红收发传感器及上位机控制软件，采用软硬件结合的方式，实现行为训练的自动化，解决上述
技术介绍
中所提到的问题，实现大/小鼠的形为训练实验的自动化。本专利技术采用的技术方案为；一种全自动鼠迷宫行为训练系统，主要由迷宫主体、迷宫内室、迷宫控制电路、电源、PCl接口数据采集卡和电脑组成；其特征在于；迷宫主体为四个迷宫单室组成的回型迷宫，回型迷宫中间为迷宫内室，迷宫内室内置有迷宫控制电路和电源，迷宫控制电路通过PCl接口数据采集卡和电脑连接，电脑内置有上位机控制软件模块。本专利技术所述迷宫单室有二道室门，内置有二道通道指示门，在二道通道指示门中间设置一块通道间隔板，在通道间隔板不远处设置有一个奖励释放点。本专利技术所述迷宫单室室内有三个红外发光二极管和三个红外接收管，分别安装于两个通道入口处的通道指示门正上方及奖励释放点左右二侧的位置。本专利技术所述通道指示门安装有多个LED发光二极管，电脑内的上位机控制软件模块可控制各个LED发光二极管的亮与灭，大/小鼠选择不同亮灯数的门通过将得到事先设定好的奖励规则对应的奖励量，并记录训练结果。通道指示门是可拆卸可更换，可以针对不同的训练项目安装不能的门，通道门通过卡槽安装于通道入口处。本专利技术所述迷宫单室设置若干红外探头，用于检测鼠在迷宫中的所在位置及鼠实际行走的通道。 本专利技术所述奖励释放点附近设置奖励量控制阀，由电脑内的上位机控制软件模块控制用于给予鼠相应于其行为的奖励。本专利技术所述迷宫内室用于安装迷宫控制电路与架设奖励及一个高清网络摄像头。本专利技术所述上位机控制软件模块的界面主要有训练模式设置区、奖励规则设置区、系统其它参数设置区、按钮区和训练结果记录区；训练模式设置区用于设置系统的具体训练模式，不同的模式对不同的行为会有不同的奖励规则；奖励规则设置区用于设定当对应模式下的最小奖励量及风险概率等；系统其它参数设置区用于设定系统的其它参数，比如要训练的实验次数/时间；按钮区用于开始/暂停训练实验及保存实验结果为EXCEL文件；训练结果记录区用于临时存储并显示当前实验的结果记录。本专利技术所述控制电路主要包适红外探测的电路、LED发光二极管的控制电路和奖励控制电路给成；其中，单对红外探测的电路的红外探头的发射端D3正极接电源的VCC(DC5V)端，负极串联保护电阻R18后接电源的地线端GND，红外探头的接收端DS3负极接电源的VCC端，正极分出两条线，一条线串连电阻R17后接电源的地线端，一条线作为模拟信号输入接输出给数据采集卡；单个通道门上的LED发光二极管的控制电路中Rl, R5, R6, R19为330欧的电阻，L1为白光发光二极管，Q1为三极管；R6 —端接电源VCC，一端接L1正极，R5与R6并联，L1负极接三集管Q1的集电极(c极)，Q1的发射极接电源GND端，R1与L1并联，基极与R19 —端相连，R19另一端与采集卡的数字I/O输出口相连，采集卡可以通过拉高/置低相应I/O 口的电平来控制对应的LED的亮与灭；单个奖励控制电路图中J1为一电磁阀，U1为继电器，D4为一个泄流二极管；电磁阀的负极(黑)接电源的-12V端，正极(红)通过继电器与电源+12V相连，继电器的控制线圈一端与采集卡的一数字1/0输出口相连，并与泄流二极管D4的负极相连，D4正及与继电器控制线圈另一端相交后接地。本专利技术的具体操作方法如下:以小鼠行为训练为例，具体任务流程有；(1)任务开始前，程序控制将各室的所有LED灯及奖励控制阀关闭；(2)训练员在上位机控制软件模块上设置好训练模式及训练相关的参数(如风险概率、实验次数、奖励量等)；(3)训练点击电脑中的开始训练按钮并在其中一实验室放入一实验对象(小鼠)；(4)接下来的训练均是系统自动完成，直到达到训练员设定的实验次数停止，上位机控制软件模块将弹出训练完成提示消息窗口；(5)训练员根据整个实验过程的实际情况判断实验结果是否有效及是否保存本次实验结果；(6)从实验迷宫中取出小鼠，关闭电脑，即关闭所有LED及奖励控制阀，完成一次训练实验。以上是本专利技术的基本工作过程，训练员要做的工作相当简单，实现了小鼠行为训练的自动化。本专利技术的核心在于通道门上的标识(LED的亮灭)数自动变化、奖励量的自动调整及对实验结果的自动记录功能的有效实现；在原有迷宫的各通道口加装LED灯来指示进入该通道的不同奖励量及奖励风险；整个训练过程基本无需人工参与，训练模式及奖励规则可通过软件灵活改变。本专利技术的有益效果是；研发成本低，实用性强、操作简单、工作稳定可靠、扩展性强、系统结构简沽、可大大减化大/小鼠行为训练实验的复杂程度，增加其实验结果的可靠性，实现大/小鼠的形为训练实验的自动化；该系统还可以很好地应用到其它动物的行为学实验中。【附图说明】下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术迷宫行为训练系统的整体结构示意图。图2为本专利技术迷宫行为训练系统的回形迷宫结构示意图。图3为本专利技术迷宫行为训练系统的迷宫单室结构示意图。图4为本专利技术迷宫行为训练系统的通道指示门的结构示意图。图5为本专利技术迷宫行为训练系统的迷宫控制电路示意图。图6为本专利技术迷宫行为训练系统的单对红外探头的电路示意图。图7为本专利技术迷宫行为训练系统的LED发光二极管的控制电路示意图。图8为本专利技术迷宫行为训练系统的单室中的奖励控制电路示意图。图9为本专利技术迷宫行为训练系统的上位机控制软件模块结构图。在图中，1、迷宫单室，2、迷宫内壁，3、迷宫控制电路，4、电源，5、PC1接口数据采集卡，6、电脑，7、室门，8、通道指示门，9、通道间隔板，10、奖励释放点，11、红外发光二极管，12、三个红外接收管，13、LED发光二极管，14、训练模式设置区，15、奖励规则设置区，16、系统其它参数设置区、17、按钮区，18、训练结果记录区。【具体实施方式】如图1-图4所示，本专利技术的实施方式(以小鼠回形迷宫为例);一种全自动鼠迷宫行为训练系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全自动鼠迷宫行为训练系统，主要由迷宫主体、迷宫内室、迷宫控制电路、电源、PC1接口数据采集卡和电脑组成；其特征在于；迷宫主体为四个迷宫单室组成的回型迷宫，回型迷宫中间为迷宫内室，迷宫内室内置有迷宫控制电路和电源，迷宫控制电路通过PC1接口数据采集卡和电脑连接，电脑内置有上位机控制软件模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张礼富，徐明萌，周印亮，王琪，李燕玲，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36