一种用于大鼠听觉分辨行为的自动训练系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于大鼠听觉分辨行为的自动训练系统，该系统包括训练箱、微控制器和上位机；训练箱的底部设置铜制长方体平台；训练箱的左侧面和右侧面各安装一个扬声器，在铜制长方体平台上方的左右两侧各安装一个铁质金属饮水管；扬声器连接微控制器，铁质金属饮水管和铜制长方体平台连接大鼠饮水传感电路，大鼠饮水传感电路连接微控制器；微控制器通过大鼠饮水传感电路实时采集大鼠饮水的行为数据，接收上位机的训练指令完成不同训练阶段的控制；上位机采集微控制器发送的大鼠饮水的行为数据并下达训练指令。本发明专利技术可以在不需要固定大鼠的情况下，训练大鼠对刺激声源方位的分辨行为，并通过传感电路实时采集大鼠的饮水行为数据。

An automatic training system for auditory discrimination in rats

The invention discloses an automatic training system for hearing discrimination of rats. The system includes a training box, a micro controller and a upper computer; a copper rectangular platform is set at the bottom of the training box; a speaker is installed on the left side and the right side of the training box, and each side is installed on the left and right sides of the copper rectangular platform. An iron metal drinking water pipe, a speaker connected micro controller, an iron metal drinking pipe and a copper rectangular platform connected to a rat drinking water sensing circuit, a rat drinking water sensing circuit is connected to a micro controller. The micro controller collects the behavior data of the rat drinking water through a rat drinking water sensing circuit, and receives the training instruction from the upper computer. It is controlled by different training stages, and the upper computer collects the behavior data of the rats drinking water sent by the microcontroller and gives training instructions. The invention can train the rat's resolution of the azimuth of the sound source without the need of fixed rats, and collect the drinking water behavior data of rats in real time through the sensing circuit.

【技术实现步骤摘要】
一种用于大鼠听觉分辨行为的自动训练系统
本专利技术属于神经生物学
，尤其涉及一种用于大鼠听觉分辨行为的自动训练系统。
技术介绍
神经生物学研究表明大多数大脑听觉神经元表现出对声源方位的敏感性，神经元对声刺激的反应随声源方位的变化而变化。大鼠作为一种常用的听觉研究实验动物，通过训练大鼠对声源方位的分辨能力，有助于研究大鼠大脑内侧膝状体、丘脑网状核听觉区或听觉皮层神经元对外部听觉刺激的发放行为及相互之间的关联。同时，对丘脑功能的深入认识和理解听觉皮层如何参与各种高级认知过程和行为决策显得异常重要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于大鼠听觉分辨行为的自动训练系统，该系统可以在不需要固定大鼠的情况下，训练大鼠对声音刺激方位的分辨行为，并通过传感电路实时采集大鼠的分辨行为数据。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于大鼠听觉分辨行为的自动训练系统，包括：训练箱、微控制器和上位机；所述训练箱的底部设置铜制长方体平台，大鼠在训练箱内能够自由活动；训练箱的左侧面和右侧面各安装一个扬声器，在铜制长方体平台上方的左右两侧各安装一个铁质金属饮水管；所述扬声器连接微控制器，大鼠饮水的两个铁质金属饮水管和大鼠饮水时踩踏的铜制长方体平台均通过导线连接大鼠饮水传感电路，所述大鼠饮水传感电路连接微控制器；所述微控制器连接上位机；所述大鼠饮水传感电路包括电阻R1L、R2L、R1R、R2R，NPN三极管Q1L、Q1R；左侧铁质金属饮水管通过导线连接至NPN三极管Q1L的基极，NPN三极管Q1L的发射极直接接地，NPN三极管Q1L的集电极连接至微控制器的外部中断1引脚P3.3，且集电极通过电阻R2L连接电源VCC；右侧铁质金属饮水管通过导线连接至NPN三极管Q1R的基极，NPN三极管Q1R的发射极直接接地，NPN三极管Q1R的集电极连接至微控制器的外部中断0引脚P3.2，且集电极通过电阻R2R连接电源VCC；铜制长方体平台的左右两侧分别通过导线连接电阻R1L、R1R的一端，电阻R1L、R1R的另一端均接电源VCC；所述微控制器驱动两个扬声器，通过大鼠饮水传感电路实时采集大鼠饮水的行为数据，并将行为数据发送至上位机；同时，接收上位机的训练指令完成不同训练阶段的控制；所述上位机负责与微控制器通信，采集微控制器发送的大鼠饮水的行为数据并下达训练指令，具体为：所述上位机监听由微控制器发送的大鼠舔左侧或右侧饮水管的信号，在收到信号后记录大鼠舔左侧或右侧饮水管的时间；上位机监听由微控制器发送的左侧声音刺激或右侧声音刺激信号，记录左侧声音刺激或右侧声音刺激的时间；上位机选择不同训练阶段，将不同训练阶段对应的训练指令发送给微控制器；所述训练指令包括扬声器声音刺激的频率f，扬声器声音刺激的时刻及时间长度T0、饮水管的给水时刻及时间长度Tw。进一步地，所述上位机中设置两个训练阶段，第一训练阶段具体为：微控制器随机控制一侧扬声器产生频率f的声音刺激，声音刺激时间长度T0，停顿设定时间T1后，直接控制相应侧水泵给水，给水时间长度Tw，若大鼠在设定时间T2内舔相应侧的饮水管则微控制器再次控制相应侧水泵给水，给水时间长度Tw，并计1次音源分辨正确记录，共计对设定次数N次，则音源换侧，若大鼠一直停留在某侧舔饮水管，则该侧推迟产生声音刺激且推迟给水，只有在大鼠超过设定时间T3没有产生舔饮水管行为且超过设定时间T4微控制器没有产生声音刺激和控制饮水管出水信号的情况下，微控制器才重新产生声音刺激并输出控制饮水管出水的控制信号；第二训练阶段具体为：微控制器随机控制一侧扬声器产生频率f的声音刺激，声音刺激时间长度T0，停顿设定时间T1后，直接控制相应侧水泵给水，给水时间长度Tw，若首次检测到大鼠在设定时间T2内舔相应侧的饮水管，微控制器继续控制相应侧水泵给水，给水时间长度Tw，计1次音源分辨正确记录；微控制器下一次及以后在相应侧产生固定频率f的声音刺激后，微控制器停止主动输出控制扬声器相应侧饮水管出水的控制信号，之后需要大鼠在声音刺激结束后的设定时间T2内主动舔相应侧的饮水管，微控制器才计1次音源分辨正确记录并控制相应侧水泵出水，给水时间长度Tw，共计对N次，则音源换侧，若大鼠一直停留在某侧舔饮水管，则该侧推迟产生声音刺激且推迟给水，只有在大鼠超过设定时间T3没有产生舔饮水管行为且超过设定时间T4微控制器没有产生声音刺激和控制饮水管出水信号的情况下，微控制器才重新产生声音刺激并输出控制饮水管出水的控制信号。本专利技术的有益效果：本专利技术系统可以训练大鼠对音源的分辨行为，并通过饮水传感电路，判断大鼠对音源分辨行为的正确性。本专利技术系统不需要对大鼠进行固定训练，可让大鼠在所设计的训练箱内自由地学习，有利于加速大鼠听觉分辨能力的训练，对后续研究大鼠大脑内侧膝状体、丘脑网状核听觉区或听觉皮层神经元对外部听觉刺激的发放行为及相互之间的关联具有一定的意义。同时，对丘脑功能的深入认识和理解听觉皮层如何参与高级认知过程和行为决策具有重要意义。附图说明图1为本专利技术系统的结构框图；图2为本专利技术的硬件结构图；图3为本专利技术的上位机界面图；图4为大鼠在第一阶段空间分辨行为数据，(a)左边给声音左边舔的散点图；(b)右边给声音右边舔的散点图；(c)左边给声音右边舔的散点图；(d)右边给声音左边舔的散点图；(e)总散点图；(f)行为时间的一阶导数曲线。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1、2所示，本实施例提供的一种用于大鼠听觉分辨行为的自动训练系统，包括：训练箱、微控制器和上位机；所述训练箱V_Box的底部设置铜制长方体平台V_Platform，大鼠在训练箱内能够自由活动，训练箱V_Box的长×宽×高为58cm×39cm×17cm，铜制长方体平台V_Platform的长×宽×高为30cm×21cm×3cm，将V_Platform贴近V_Box长为58cm的一面，标记V_Box宽为39cm的一面为左侧面Side_L，另一面为右侧面Side_R。如图2所示，训练箱V_Box的左侧面Side_L和右侧面Side_R同一位置处各安装一个4欧3瓦、直径4cm的扬声器，左右两侧扬声器对应的PNP三极管型号为S9012，基极电阻为10千欧姆，SpeakerL接至微控制器的P1.3引脚，SpeakerR接至微控制器的P1.0引脚。在铜制长方体平台V_Platform贴近训练箱V_Box的那一面设置2个直径1.5mm的铁质金属饮水管，饮水管中心距离3cm，靠近左侧面Side_L的饮水管标记为RAT_L2，靠近右侧面Side_R的饮水管标记为RAT_R2，铁质金属饮水管连接外部供水塑料软管。如图2所示，所述大鼠饮水传感电路包括电阻R1L、R2L、R1R、R2R，NPN三极管Q1L、Q1R，Q1L与Q1R三极管的型号均为NPN型三极管：2N3904-331，微控制器为STC89C52RC微控制器，VCC为直流+5V；左侧铁质金属饮水管RAT_L2通过导线连接至NPN三极管Q1L的基极，NPN三极管Q1L的发射极直接接地，NPN三极管Q1L的集电极连接至微控制器的外部中断1引脚P3.3，且集电极通过电阻R2L连接电源VCC；右侧铁质金属饮水管RAT_R2通过导线连接至NPN三极管Q1R的基极，NPN三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于大鼠听觉分辨行为的自动训练系统，其特征在于，包括：训练箱、微控制器和上位机；所述训练箱的底部设置铜制长方体平台，大鼠在训练箱内能够自由活动；训练箱的左侧面和右侧面各安装一个扬声器，在铜制长方体平台上方的左右两侧各安装一个铁质金属饮水管；所述扬声器连接微控制器，大鼠饮水的两个铁质金属饮水管和大鼠饮水时踩踏的铜制长方体平台均通过导线连接大鼠饮水传感电路，所述大鼠饮水传感电路连接微控制器；所述微控制器连接上位机；所述大鼠饮水传感电路包括电阻R1L、R2L、R1R、R2R，NPN三极管Q1L、Q1R；左侧铁质金属饮水管通过导线连接至NPN三极管Q1L的基极，NPN三极管Q1L的发射极直接接地，NPN三极管Q1L的集电极连接至微控制器的外部中断1引脚P3.3，且集电极通过电阻R2L连接电源VCC；右侧铁质金属饮水管通过导线连接至NPN三极管Q1R的基极，NPN三极管Q1R的发射极直接接地，NPN三极管Q1R的集电极连接至微控制器的外部中断0引脚P3.2，且集电极通过电阻R2R连接电源VCC；铜制长方体平台的左右两侧分别通过导线连接电阻R1L、R1R的一端，电阻R1L、R1R的另一端均接电源VCC；所述微控制器驱动两个扬声器，通过大鼠饮水传感电路实时采集大鼠饮水的行为数据，并将行为数据发送至上位机；同时，接收上位机的训练指令完成不同训练阶段的控制；所述上位机负责与微控制器通信，采集微控制器发送的大鼠饮水的行为数据并下达训练指令，具体为：所述上位机监听由微控制器发送的大鼠舔左侧或右侧饮水管的信号，在收到信号后记录大鼠舔左侧或右侧饮水管的时间；上位机监听由微控制器发送的左侧声音刺激或右侧声音刺激信号，记录左侧声音刺激或右侧声音刺激的时间；上位机选择不同训练阶段，将不同训练阶段对应的训练指令发送给微控制器；所述训练指令包括扬声器声音刺激的频率f，扬声器声音刺激的时刻及时间长度T0、饮水管的给水时刻及时间长度Tw。...

【技术特征摘要】
1.一种用于大鼠听觉分辨行为的自动训练系统，其特征在于，包括：训练箱、微控制器和上位机；所述训练箱的底部设置铜制长方体平台，大鼠在训练箱内能够自由活动；训练箱的左侧面和右侧面各安装一个扬声器，在铜制长方体平台上方的左右两侧各安装一个铁质金属饮水管；所述扬声器连接微控制器，大鼠饮水的两个铁质金属饮水管和大鼠饮水时踩踏的铜制长方体平台均通过导线连接大鼠饮水传感电路，所述大鼠饮水传感电路连接微控制器；所述微控制器连接上位机；所述大鼠饮水传感电路包括电阻R1L、R2L、R1R、R2R，NPN三极管Q1L、Q1R；左侧铁质金属饮水管通过导线连接至NPN三极管Q1L的基极，NPN三极管Q1L的发射极直接接地，NPN三极管Q1L的集电极连接至微控制器的外部中断1引脚P3.3，且集电极通过电阻R2L连接电源VCC；右侧铁质金属饮水管通过导线连接至NPN三极管Q1R的基极，NPN三极管Q1R的发射极直接接地，NPN三极管Q1R的集电极连接至微控制器的外部中断0引脚P3.2，且集电极通过电阻R2R连接电源VCC；铜制长方体平台的左右两侧分别通过导线连接电阻R1L、R1R的一端，电阻R1L、R1R的另一端均接电源VCC；所述微控制器驱动两个扬声器，通过大鼠饮水传感电路实时采集大鼠饮水的行为数据，并将行为数据发送至上位机；同时，接收上位机的训练指令完成不同训练阶段的控制；所述上位机负责与微控制器通信，采集微控制器发送的大鼠饮水的行为数据并下达训练指令，具体为：所述上位机监听由微控制器发送的大鼠舔左侧或右侧饮水管的信号，在收到信号后记录大鼠舔左侧或右侧饮水管的时间；上位机监听由微控制器发送的左侧声音刺激或右侧声音刺激信号，记录左侧声音刺激或右侧声音刺激的时间；上位机选择不同训练阶段，将不同训练阶段对应的训练指令发送给微控制器；所述训练指...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志海，余雄杰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33