基于无痛苦训练刺激的听皮层可塑性的知觉训练装置、方法和应用制造方法及图纸

本发明专利技术属于生命科学/医学技术领域，公开了基于无痛苦训练刺激的听皮层可塑性的知觉训练装置，所述训练装置位于隔音屏蔽箱中，包括控制器、声音发生器、扬声器、给食器、红外探鼻器及照明灯。本发明专利技术还公开了所述训练装置在听皮层可塑性的诱导、知觉训练中的应用。本发明专利技术具有无创、广谱等特性，提高听皮层神经元频率选择性，具有广泛应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于无痛苦训练刺激的听皮层可塑性的知觉训练装置、方法和应用
本专利技术属于生命科学/医学
，涉及提高脑感觉系统可塑性，维持脑健康的技术方案，具体涉及一种基于无痛苦训练刺激的听皮层可塑性的知觉训练装置、方法和应用。
技术介绍
哺乳动物出生后，脑会经历一个快速的发育成熟过程。在发育的关键期(Criticalperiod)，大脑的结构和功能易受环境、经验等因素影响，具极大的可塑性。然而对关键期后(Post-criticalperiod)的成年动物而言，脑可塑性的诱导、表达及其调节机制与处于关键期的幼年动物相比具明显的差异。例如在关键期，动声暴露即可诱导大脑听觉皮层发生与声刺激特性相关的结构重组(Reorganization)及过度表达(Overrepresentation)。而对于成年听觉系统，特定声刺激只有与动物的行为相联合并通过训练才可能诱导听皮层的可塑性变化(Zhouetal.,2010；Zhangetal.,2013；Zhuetal.,2016；Liuetal.,2018)。这种脑对输入信息的加工因训练而得到改变并最终影响感觉认知功能的范式即为知觉训练(Perceptualtraining)。由于知觉训练往往具较强的任务特异性(Taskspecificity)和刺激特异性(Stimulusspecificity)(Luetal.,2011；阎崟等,2015)。通过频率知觉训练后，大鼠初级听皮层神经元只有任务相关频率的皮层区域受到强化(ZhouandMerzenich,2007；Zhouetal.,2010)，而任务相关频率之外的皮层代表区并未得到强化。为此，目前存在的频率知觉训练范式只能局限地强化任务相关的频率代表区域，表现在任务相关代表区面积的扩大与该频率代表区功能的强化，而任务相关代表区外的神经元频率选择性消失或并未改变。由于频率知觉训练后，大鼠初级听皮层神经元只有任务相关频率的皮层区域受到强化(ZhouandMerzenich,2007；Zhouetal.,2010)，而任务相关频率之外的皮层代表区并未得到强化。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术首次提供了从整体上强化听皮层神经元功能的技术方案，设计了一种新的知觉训练方法和训练系统，所述方法和系统能够广泛诱导听皮层可塑性，将可塑性诱导效果放大至全频率谱皮层代表区域。本专利技术方法是仁慈的、免痛苦的训练方法，本专利技术方法不向动物施加负面或痛苦的刺激且不依靠痛苦或恐惧来教授所需动作，本专利技术方法适用于广泛的动物训练领域。为了让动物有足够的动力去完成训练任务，在训练前和训练时，需要调整动物每日的进食时间。以大鼠为例，在满足大鼠体重不下降的情况下，每只大鼠每日需要进食10g鼠饲料。因此，在训练前和训练过程中，根据动物得到的食物奖励总重量，在训练后进行补食，同时保证在训练过程中大鼠保持饥饿而有更多的训练欲望。本专利技术提出了一种非治疗目的的知觉训练装置，所述训练装置位于隔音屏蔽箱中，所述训练装置包括：控制器、声音发生器、扬声器、给食器、红外探鼻器及照明灯；其中，所述控制器分别连接声音发生器、扬声器、给食器、红外探鼻器及照明灯，并外接计算机，将计算机语言转换为硬件控制信号；所述声音发生器产生声音信号经过所述扬声器播出声音；所述红外探鼻器与所述给食器置于训练装置的同一面，该面作为操作面；所述操作面是指受训动物需要触发红外探鼻器与获取奖励的装置内面；所述扬声器置于所述操作面对面；所述照明灯置于训练装置顶部或隔音屏蔽箱顶板；所有部件均由电缆连接至控制器，装置工作时，由电脑编程通过控制器控制各部件信号的输入与输出。本专利技术装置中，还包括饮水器，供动物自由饮水。本专利技术还提出了一种前述知觉训练装置在听皮层可塑性的诱导、知觉训练中的应用。基于以上装置，本专利技术还提出了一种非治疗目的的基于无痛苦训练刺激的听皮层可塑性的知觉训练方法所述方法包括以下四个阶段：第一个阶段，在训练装置中，当动物触发光电传感器时，通过给食器给予食物奖赏，当动物至少成功获得食物奖赏100次，进入下一个阶段；第二个阶段，由扬声器喇叭给出目标频率声的纯音，当动物听到声音即触碰传感器时，由给食器给予食物奖赏；当训练的正确率达到80％以上时，认定动物学会联系目标声与食物奖赏的训练规则，进入下一个阶段；第三个阶段，由扬声器喇叭随机给出目标频率声和非目标频率声，只有在目标频率声触碰传感器时，由给食器给予食物奖赏；计算目标频率声正确率H(％)＝hit/总目标频率数，和非目标频率声错误率F(％)＝false-positive/总非目标频率数，综合表现得分P(Performance,％)＝H-H×F；如果满足平均P值≥75％，可以进入下一阶段；第四个阶段，在频率范围1～30kHz，按照音程0.4oct选取多个频率，随机排序，然后每天选取一个频率作为具有食物奖赏的目标频率声，任意选取其余多个频率纯音作为非目标频率声，当目标频率声出现动物即触碰传感器时，则通过给食器给予食物奖励；计算平均P值，在1天的训练中，动物会在前两局适应新的目标频率声，之后会逐渐适应；绘制动物训练多天的得分曲线，若平均P值达到75％以上，认定动物最终训练结束。本专利技术方法中，训练时，将动物置于知觉训练装置中，训练程序连续给出2次声音刺激记为1次训练，100次训练计为1局，动物每天完成10局训练；训练过程中，动物可自由饮水。本专利技术方法中，所述第二个阶段中，由扬声器喇叭给出纯音的频率为6.5kHz；每100次训练记为1局，每天进行10局训练。本专利技术方法中，所述第三个阶段中，由扬声器喇叭随机给出非目标频率声为1.6kHz；每100次训练记为1局，10局训练后计算每局目标频率声正确率H(％)＝hit/总目标频率数，和1.6kHz非目标频率声错误率F(％)＝false-positive/总非目标频率数，每局的综合表现得分P(Performance,％)＝H-H×F；如果满足第3～6局的平均P值≥75％，进入下一阶段。本专利技术方法中，所述第四个阶段中，按照音程0.4oct选取至少11个频率，随机排序，然后每天选取一个频率作为具有食物奖赏的目标频率声，任意选取其余至少5个频率纯音作为非目标频率声，当目标频率声出现动物即触碰传感器时，则通过给食器给予食物奖励；进行至少12天，至少100次训练记为1局，每天进行至少10局训练；计算每局的平均P值，在1天的训练中，动物会在前两局适应新的目标频率声，之后会逐渐适应；绘制动物训练至少12天得分曲线，若两局的平均P值达到75％以上，认定动物最终训练结束。本专利技术方法中，所述方法将动物置于知觉训练装置中训练。本专利技术方法中，通过控制器连接计算机与设备硬件，将计算机语言转换为硬件控制信号；通过扬声器播放声音；通过给食器给受训动物正确奖励；通过红外探鼻器接收动物触发；通过照明灯给受训动物错误提醒。本专利技术方法中，训练时间12天是知觉训练能成功诱导脑可塑性的最少训练时间。也就是说，要达到诱导脑可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种知觉训练装置，所述训练装置位于隔音屏蔽箱中，其特征在于，所述训练装置包括：控制器、声音发生器、扬声器、给食器、红外探鼻器及照明灯；其中，/n所述控制器分别连接声音发生器、扬声器、给食器、红外探鼻器及照明灯，并外接计算机，将计算机语言转换为硬件控制信号；/n所述声音发生器产生声音信号经过所述扬声器播出声音；/n所述红外探鼻器与所述给食器置于训练装置的同一面，该面作为操作面；所述操作面是指受训动物需要触发红外探鼻器与获取奖励的装置内面；/n所述扬声器置于所述操作面对面；/n所述照明灯置于训练装置顶部或隔音屏蔽箱顶板；/n所有部件均由电缆连接至控制器，装置工作时，由电脑编程通过控制器控制各部件信号的输入与输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种知觉训练装置，所述训练装置位于隔音屏蔽箱中，其特征在于，所述训练装置包括：控制器、声音发生器、扬声器、给食器、红外探鼻器及照明灯；其中，
所述控制器分别连接声音发生器、扬声器、给食器、红外探鼻器及照明灯，并外接计算机，将计算机语言转换为硬件控制信号；
所述声音发生器产生声音信号经过所述扬声器播出声音；
所述红外探鼻器与所述给食器置于训练装置的同一面，该面作为操作面；所述操作面是指受训动物需要触发红外探鼻器与获取奖励的装置内面；
所述扬声器置于所述操作面对面；
所述照明灯置于训练装置顶部或隔音屏蔽箱顶板；
所有部件均由电缆连接至控制器，装置工作时，由电脑编程通过控制器控制各部件信号的输入与输出。


2.如权利要求1所述的知觉训练装置，其特征在于，其还包括饮水器，供动物自由饮水。


3.如权利要求1或2所述的知觉训练装置在听皮层可塑性的诱导、知觉训练中的应用。


4.一种非治疗目的的基于无痛苦训练刺激的听皮层可塑性的知觉训练方法，其特征在于，所述方法包括以下四个阶段：
第一个阶段，在训练装置中，当动物触碰传感器时，通过给食器给予食物奖赏，当动物至少成功获得食物奖励100次，进入下一个阶段；
第二个阶段，由扬声器喇叭给出目标频率声的纯音，当动物听到声音即触碰传感器时，由给食器给予食物奖赏；当训练的正确率达到80％以上时，认定动物学会联系目标声与食物奖赏的训练规则，进入下一个阶段；
第三个阶段，由扬声器喇叭随机给出目标频率声和非目标频率声，只有在目标频率声触碰传感器时，由给食器给予食物奖赏；计算目标频率声正确率H(％)＝hit/总目标频率数，和非目标频率声错误率F(％)＝false-positive/总非目标频率数，综合表现得分P(Performance,％)＝H-H×F；如果满足平均P值≥75％，进入下一阶段；
第四个阶段，在动物的声音频率感受范围内，按照音程0.4oct选取多个频率，随机排序，然后每天选取一个频率作为具有食物奖赏的目标频率声，任意选取其余多个频率纯音作为非目标频率声，当目标频率声出现动物即触碰传感器时，则通过给食器给予食物奖励；计算平均P值，在1天的训练中，动物会在前两局适应新的目标频率声，之后会逐渐适应；绘制动物训练多天的得分曲线，若平均P值达到75％以上，认定动物最终训练结束。


5.如权利要求4所述的基于无痛苦训练刺激的听皮层可塑性的知觉训练方法，其特征在于，训练时，将动物置于知觉训练装置中，训练程序连续给出2次声音刺激记为1次训练，100次训练计为1局，动物每天完成10局训练；训练过程中，动物可自由饮水。


6.如权利要求4所述的非治疗目的的基于无痛苦训练刺激的听皮...

【专利技术属性】
技术研发人员：程远，安鹏颖，张贵敏，周晓明，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31