一种用于猕猴听觉行为训练的自动化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于猕猴听觉行为训练的自动化系统，该系统分为下位机和上位机两部分；下位机包含主控制器、扬声器、按钮、金属饮水管、电磁阀、输液软管和饮水容器；扬声器喇叭朝向猕猴笼的右侧，用于播放听觉刺激；按钮安装于猕猴笼的正前方；金属饮水管安装于按钮上方，金属饮水管用于给猕猴提供奖励性质的饮水；主控制器实时采集猕猴按按钮的行为数据，同时接收来自上位机的训练指令完成不同的听觉行为训练的控制任务；上位机采集主控制器发送的猕猴按按钮的行为数据并下达相应的听觉刺激任务及奖励性的饮水任务。本发明专利技术可以在不需要固定猕猴的情况下，训练猕猴对新异声刺激的分辨行为，并通过主控制器和上位机实时采集猕猴的行为数据。

An automatic system for auditory behavior training of rhesus monkeys

The invention discloses an automatic system for rhesus monkey auditory behavior training, which is divided into two parts: a lower computer and a upper computer; a lower computer includes a main controller, speakers, buttons, metal drinking water pipes, solenoid valves, infusion hoses and drinking water containers; a loudspeaker speaker is directed to the right side of the rhesus monkey cage for playing auditory stimuli; and a button is installed in front of the rhesus monkey cage; The drinking water pipe is installed above the button, and the metal drinking water pipe is used to provide rewarding drinking water for rhesus monkeys; the main controller collects the behavior data of rhesus monkeys pressing the button in real time, and receives training instructions from the upper computer to complete different auditory behavior training tasks; the upper computer collects the behavior data of rhesus monkeys pressing the button sent by the main controller and gives corresponding auditory stimulation tasks and so on. Incentive drinking tasks. The method can train the rhesus monkey to distinguish the new abnormal sound stimulus without fixing the rhesus monkey, and collect the rhesus monkey's behavior data in real time through the main controller and the upper computer.

【技术实现步骤摘要】
一种用于猕猴听觉行为训练的自动化系统
本专利技术属于神经生物学
，尤其涉及一种用于猕猴听觉行为训练的自动化系统。
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新异声刺激的敏感性。在自然环境中，人类和动物需要感知环境中的各种变化并对此及时做出反应。对动物而言，对周围环境中的新异纯音刺激或事件及时做出反应是一种对生存至关重要的能力。刺激特异性适应(SSA：StimulusSpecificAdaptation)是指感觉中枢中某些神经元对新异刺激(小概率刺激事件)的反应强于对标准刺激(大概率事件)的反应的现象。猕猴作为一种常用的非人灵长类听觉研究实验动物，通过训练猕猴对新异声刺激的分辨能力，有助于研究猕猴大脑内侧膝状体、丘脑网状核听觉区或听觉皮层神经元对外部新异声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猕猴听觉行为训练的自动化系统，该系统可以在不需要固定猕猴的情况下，训练猕猴对新异纯音刺激的分辨行为，采用按钮作为猕猴行为感知传感器，触发下位机主控制器实时采集猕猴的听觉分辨行为数据。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于猕猴听觉行为训练的自动化系统，主要包括上位机和下位机两部分；所述下位机包含一个主控制器、一个扬声器、一个按钮、一根金属饮水管(例如：不锈钢饮水管，可以更好地防止损坏)、一个电磁阀、一根输液软管和一个带刻度的饮水容器(例如：量程为500毫升的塑料量杯，用于记录猕猴每天饮水量)；扬声器连接至主控制器，扬声器喇叭朝向猕猴笼的右侧，用于播放听觉刺激；按钮安装于猕猴笼的正前方，按钮连接至主控制器；金属饮水管安装于按钮的上方，金属饮水管与输液软管相连，用于给猕猴提供奖励性质的饮水；输液软管经电磁阀后连接至饮水容器；主控制器实时采集猕猴按下按钮的行为数据，猕猴每次按下按钮，主控制器会立即发送相应的触发信号给上位机；同时，主控制器接收来自上位机的训练指令完成上位机中不同参数组合的听觉行为训练的控制任务；所述训练指令包括：输出给扬声器声音刺激的纯音频率、扬声器播放声音刺激的时刻、扬声器声音刺激的持续时间、饮水管水泵打开的时刻及时长；主控制器负责接收上位机传送过来的纯音频率及幅值数据，最终通过扬声器播放对应频率的纯音刺激；主控制器控制电磁阀的打开与闭合，当电磁阀打开时，饮水容器里的水经电磁阀和输液软管流入饮水管，当电磁阀闭合时，饮水容器里的水则不能通过电磁阀经输液软管流入饮水管。进一步地，所述上位机中包含纯音刺激模式参数设置、奇异球参数设置、奖励时间参数设置、惩罚参数设置、额外参数设置、标准纯音刺激时没有按钮按下时的参数设置共6部分；所述纯音刺激模式参数设置包括：设置每个纯音刺激组合的间隔时间tblock(单位:秒)，设置每个纯音刺激组合中每个纯音刺激的间隔时间tinter(单位:秒)，设置猕猴按按钮响应有效时间窗twin(单位:秒)；所述奇异球参数设置包括：设置标准纯音刺激与新异纯音刺激比例(在若干个标准纯音刺激与新异纯音刺激的组合中，新异纯音刺激个数取1个)，设置标准纯音刺激与新异纯音刺激差异值(即标准纯音刺激频率与新异纯音刺激频率的最小比值，或新异纯音刺激频率与标准纯音刺激频率的最小比值)，设置“标准纯音刺激频率大于新异纯音刺激频率”出现比例a1(a1∈[0，1])和“标准纯音刺激频率小于新异纯音刺激频率”的出现比例a2(这里a2∈[0，1]且a2＝1-a1)，设置频率f1的取值范围(当f1为标准纯音刺激频率时，f2成为新异纯音刺激频率)(单位:赫兹)，设置频率f2的取值范围(当f2为标准纯音刺激频率时，f1成为新异纯音刺激频率)(单位:赫兹)，设置频率f1持续时间t1的取值范围(单位:秒)，设置频率f2持续时间t2的取值范围(单位:秒)，设置频率持续时间差异比值(t1与t2的最小比值或t2与t1的最小比值)，设置频率f1对应纯音的幅值A1(单位:伏)，设置频率f2对应纯音的幅值A2(单位:伏)；所述奖励时间参数设置包括：设置当标准纯音刺激频率大于新异纯音刺激频率时，标准纯音刺激频率时的奖励时间(奖励时间即饮水管给水持续时间或对应水泵打开的时间)和新异纯音刺激频率时的奖励时间(单位:秒)；设置当标准纯音刺激频率小于新异纯音刺激频率时，标准纯音刺激频率时的奖励时间和新异纯音刺激频率时的奖励时间(单位:秒)；所述惩罚参数设置包括：在标准纯音刺激之后在新异纯音刺激之前按下按钮时，增加的标准纯音刺激个数，即如果在这个时间按下按钮，则不开始新异纯音刺激，而是再增加几个标准纯音刺激作为惩罚；所述额外参数设置包括：当猕猴在新异纯音刺激后的有效时间窗内按下按钮，且在该新异纯音刺激之前有6次、7次或8次标准纯音刺激时的奖励时间设置(单位:秒)；所述标准纯音刺激时没有按钮按下时的参数设置包括：标准纯音刺激时，按钮没有按下的奖励时间设置(单位:秒)。进一步地，所述上位机的训练指令分为3个训练阶段：第1训练阶段、第2训练阶段、第3训练阶段：第1训练阶段：该阶段引导猕猴通过按键饮水，并将声音刺激、饮水和按键进行关联；第2训练阶段：第1训练阶段训练至猕猴懂得通过按键饮水后，切换进入第2阶段，该阶段重点训练猕猴听纯音刺激取水的行为，即当听到纯音刺激后，在有效时间窗内按键则有水，其他时间按下按键则没有水；第3训练阶段：第2训练阶段训练至猕猴懂得在听到纯音刺激后快速按键饮水后则可进入第3阶段，该阶段需加入新异纯音刺激，重点让猕猴分辨新异纯音刺激，在听到新异纯音刺激后在设定的时间窗内按下按键才能饮水。进一步地，所述第1训练阶段过程中，猕猴每次按下按钮，则主控制器向上位机发送按钮按下的时刻，上位机进行实时记录；同时，主控制器输出纯音，纯音播放结束后，主控制器打开水泵，饮水管出水，到设定时间后关闭水泵，饮水管停止出水。进一步地，所述第2训练阶段过程中，当纯音刺激发出后，系统必须在设定时间内检测到按键按下才给水，否则不给水；该阶段可以结合猕猴每天的学习情况，实时调整参数，参数调整准则：在给出纯音刺激后，猕猴能在越短时间内按下按钮饮水越好，其他时间段按按钮次数越少越好。进一步地，所述第3训练阶段过程中，当标准纯音刺激后有效窗内即使有键按下也不给水，而当新异纯音刺激后有效窗内按下则给水；该阶段需结合猕猴每天的行为数据实时调整下次训练的参数，参数调整准则：猕猴在标准纯音刺激后不按键，而是在听到新异纯音刺激后迅速按键饮水。本专利技术的有益效果：本专利技术可以训练猕猴对新异纯音刺激的分辨行为，并用按钮作为猕猴行为传感器，记录每次猕猴按下按钮的时间，结合标准声刺激和新异纯音刺激的时间，借此分析猕猴对新异纯音刺激分辨行为的统计数据。本系统不需要对猕猴进行固定训练，可让猕猴在猴笼里自由地学习，有利于加速猕猴新鲜声音刺激的听觉分辨能力的训练，对后续研究猕猴大脑内侧膝状体、丘脑网状核听觉区或听觉皮层神经元对外部新异声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为本专利技术系统结构框图；图2为本专利技术的下位机硬件结构图；图3为本专利技术的上位机软本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于猕猴听觉行为训练的自动化系统，其特征在于，系统分为上位机和下位机两部分；所述下位机包含一个主控制器、一个扬声器、一个按钮、一根金属饮水管、一个电磁阀、一根输液软管和一个带刻度的饮水容器；扬声器连接至主控制器，扬声器喇叭朝向猕猴笼的右侧，用于播放听觉刺激；按钮安装于猕猴笼的正前方，按钮连接至主控制器；金属饮水管安装于按钮的上方，金属饮水管与输液软管相连，用于给猕猴提供奖励性质的饮水；输液软管经电磁阀后连接至饮水容器；主控制器实时采集猕猴按下按钮的行为数据，猕猴每次按下按钮，主控制器会立即发送相应的触发信号给上位机；同时，主控制器接收来自上位机的训练指令完成上位机中不同参数组合的听觉行为训练的控制任务；所述训练指令包括：输出给扬声器声音刺激的纯音频率、扬声器播放声音刺激的时刻、扬声器声音刺激的持续时间、饮水管水泵打开的时刻及时长；主控制器负责接收上位机传送过来的纯音频率及幅值数据，最终通过扬声器播放对应频率的纯音刺激；主控制器控制电磁阀的打开与闭合，当电磁阀打开时，饮水容器里的水经电磁阀和输液软管流入饮水管，当电磁阀闭合时，饮水容器里的水则不能通过电磁阀经输液软管流入饮水管。

【技术特征摘要】
1.一种用于猕猴听觉行为训练的自动化系统，其特征在于，系统分为上位机和下位机两部分；所述下位机包含一个主控制器、一个扬声器、一个按钮、一根金属饮水管、一个电磁阀、一根输液软管和一个带刻度的饮水容器；扬声器连接至主控制器，扬声器喇叭朝向猕猴笼的右侧，用于播放听觉刺激；按钮安装于猕猴笼的正前方，按钮连接至主控制器；金属饮水管安装于按钮的上方，金属饮水管与输液软管相连，用于给猕猴提供奖励性质的饮水；输液软管经电磁阀后连接至饮水容器；主控制器实时采集猕猴按下按钮的行为数据，猕猴每次按下按钮，主控制器会立即发送相应的触发信号给上位机；同时，主控制器接收来自上位机的训练指令完成上位机中不同参数组合的听觉行为训练的控制任务；所述训练指令包括：输出给扬声器声音刺激的纯音频率、扬声器播放声音刺激的时刻、扬声器声音刺激的持续时间、饮水管水泵打开的时刻及时长；主控制器负责接收上位机传送过来的纯音频率及幅值数据，最终通过扬声器播放对应频率的纯音刺激；主控制器控制电磁阀的打开与闭合，当电磁阀打开时，饮水容器里的水经电磁阀和输液软管流入饮水管，当电磁阀闭合时，饮水容器里的水则不能通过电磁阀经输液软管流入饮水管。2.根据权利要求1所述的一种用于猕猴听觉行为训练的自动化系统，其特征在于，所述上位机中包含纯音刺激模式参数设置、奇异球参数设置、奖励时间参数设置、惩罚参数设置、额外参数设置、标准纯音刺激时没有按钮按下时的参数设置共6部分；所述纯音刺激模式参数设置包括：设置每个纯音刺激组合的间隔时间，设置每个纯音刺激组合中每个纯音刺激的间隔时间，设置猕猴按按钮响应有效时间窗；所述奇异球参数设置包括：设置标准纯音刺激与新异纯音刺激比例，设置标准纯音刺激与新异纯音刺激差异值，设置“标准纯音刺激频率大于新异纯音刺激频率”出现比例和“标准纯音刺激频率小于新异纯音刺激频率”的出现比例，设置频率f1的取值范围，设置频率f2的取值范围，f1≠f2，设置频率f1持续时间的取值范围，设置频率f2持续时间的取值范围，设置频率持续时间差异比值，设置频率f1对应纯音的幅值，设置频率f2对应纯音的幅值；所述奖励时间参数设置包括：设置当标准纯音刺激频率大于新异纯音刺激频率时，标准纯音刺激频率时的奖励时间和新异纯音刺激频率时的奖励时间；设置当标准纯音刺激频率小于新...

【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