应激后小鼠运动学习记忆能力自动化检测方法技术

本发明专利技术属于医学动物实验行为学自动观察方法，它至少包括这样的步骤，将小鼠固定在实验台上，实验台轴连接有环形屏幕，小鼠眼球侧面包括有摄像装置，摄像装置的镜头正对小鼠眼球，并使小鼠眼球成一清晰图像，使环形屏幕沿轴转动，在环形屏幕转动开始后，第一时间捕获小鼠眼球图片信息；进一步将小鼠眼球图片信息输入到计算单元；计算单元对图片信息进行存贮处理，以获取小鼠瞳孔边界信息和瞳孔中心位置；将小鼠瞳孔边界圆形曲线与已建立的该小鼠瞳孔边界移动重合，按一定的时间间隔重复记录第Ｎ个小鼠瞳孔中心位置与已建立的该小鼠瞳孔边界上的一个点的位置；计算小鼠瞳孔在时间Ｔ内的变化速度和幅度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于医学动物实验行为学自动观察方法，具体涉及计算机图像采集分析以及用电脉冲触发记录技术进行应激后小鼠运动学习记忆能力自动化检测的方法。
技术介绍
战争年代，战士战斗力的获取大部分是通过学习和记忆来实现的，这样的学习记忆又可以分为两类一类是基于海马的空间学习记忆能力，比如在战场上快速分辨方位的能力、对地图和阵地地形的学习记忆、对野外环境的学习记忆；一类是基于小脑的运动性学习记忆能力，比如快速行进中的运动协调能力、快速瞄准敌人时的视觉学习记忆协调能力。和平年代，人类社会生产力的获得大部分也是通过学习和记忆来实现的，这样的学习记忆同样可以分为两类一类是诸如获取书本知识的抽象学习记忆等基于海马的空间学习记忆能力；一类是在获取劳动技能的实践过程中基于小脑的运动性学习记忆能力。基于海马的空间学习记忆能力和基于小脑的运动性学习记忆能力在平战时都有着举足轻重的作用。但是，战场上残酷的高强度应激和现实生活中过度的社会心理应激都可能严重损伤人类的空间和运动性学习记忆能力，长期暴露于社会心理应激和战时应激会导致严重后果，比如抑郁1以及创伤后应激综合症(PTSD)2，在平时影响社会生产力，战时严重影响部队的战斗力。对于应激的预防和治疗在平战时都是个迫切的问题，已经成为世界卫生组织和各国军事卫生研究机构关注的焦点。如何筛选能提高空间、运动性学习记忆能力的抗应激药也成为医药卫生机构迫在眉睫的任务。既往对于抗应激药物的疗效评估主要集中于观察抗应激药物干预后空间学习记忆能力的改善3，而对抗应激药物影响运动性学习记忆能力尚无报道，主要原因之一是缺乏检测运动性学习记忆能力的有效手段。小鼠水平动眼反射(Horizontal Optokinetic Response，HOKR)的适应是基于小脑的运动性学习记忆能力，简单来说就是在头部固定的小鼠眼前水平移动屏幕时，小鼠能在一定程度上跟踪屏幕移动(水平动眼反射)，经过一段时间训练后，这种能力得到提高(适应过程)，称为小鼠水平动眼反射(HOKR)的适应，是基于小脑的运动性学习记忆能力。既往研究提示其机制是小脑平行纤维-浦肯野细胞之间兴奋性突触传递的长时程抑制(Long-Term Depression，LTD)4，目前该指标已被广泛应用于探讨小脑功能及机制5，6，7，但尚无观察应激对该适应过程的影响及其作用机制。检测小鼠HOKR的中心问题和难点是跟随小鼠瞳孔的运动，动态分析瞳孔位置。目前主要利用三种技术动态分析小鼠瞳孔位置向眼球内植入线圈(searched coil technique)8、眼(动)电(流)描记术(electrooculography，EOG)和红外眼球成像动态分析技术5。前两种技术属于有损性介入记录，对动物造成一定的创伤，而且是间接反映瞳孔位置，存在应用缺陷，已逐渐让位于红外眼球成像动态分析技术。目前利用红外眼球成像动态分析技术分析瞳孔位置的做法是动态摄取小鼠眼球照片，利用位置分析器(光电转换器)动态计算小鼠瞳孔直径，利用小鼠眼球的解剖模型换算小鼠瞳孔运动的角度(图1)，代表者是日本东京理化学研究所脑研究部门永雄總一教授实验组5。这种测量方法存在很大的缺陷①如图1所示，实际上测量的是利用位置分析器加载的通过小鼠瞳孔中央的长方形条带中心的位置，小鼠的挣扎、闭合眼睑、缩小瞳孔，都会导致测量误差，而小鼠HOKR的检测系统要求精度极高，很小的测量误差就会导致结果的巨大改变；②为了避免这种测量误差，观察过程中实验人员需要通过位置分析器随时调整长方形条带的位置，这样就会增加很多额外的工作量而且引入了另一个主观测量误差因素。为了克服这些问题，就需要通过计算机图像捕获与分析技术来完成小鼠瞳孔位置的动态分析过程。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，以便对小鼠瞳孔移动的分析自动化，减轻了实验人员的负担；在分析过程中排除挣扎、闭合眼睑、缩小瞳孔对记录的影响，获得比以往更精确的实验数据；为研究应激后小鼠运动性学习记忆能力的改变提供有力的工具，并可以广泛应用于临床药物的筛选。本专利技术的目的是这样实现的，一种，其特征是它至少包括这样的步骤，将小鼠固定在实验台上，实验台轴连接有环形屏幕，小鼠眼球侧面包括有摄像装置，摄像装置的镜头正对小鼠眼球，并使小鼠眼球成一清晰图像，使环形屏幕沿轴转动，在环形屏幕转动开始后，第一时间捕获小鼠眼球图片信息；进一步将小鼠眼球图片信息输入到计算单元；计算单元对图片信息进行存贮处理，以获取小鼠瞳孔边界信息和瞳孔中心位置；将小鼠瞳孔边界圆形曲线与已建立的该小鼠瞳孔边界移动重合，记录第一个小鼠瞳孔中心位置与已建立的该小鼠瞳孔边界上的一个点的位置；按一定的时间间隔重复记录第二个小鼠瞳孔中心位置与已建立的该小鼠瞳孔边界上的一个点的位置；按一定的时间间隔重复记录第N个小鼠瞳孔中心位置与已建立的该小鼠瞳孔边界上的一个点的位置；计算小鼠瞳孔在时间T内的变化速度和幅度；按同样的条件，在时间T1后进一步重复上述过程；按同样的条件，在时间T2后重复上述过程；分析每一次小鼠瞳孔在时间T内的变化速度和幅度。所述的将小鼠瞳孔边界圆形曲线与已建立的该小鼠瞳孔边界移动重合包括对新测量的小鼠瞳孔边界圆形曲线和小鼠瞳孔同比例放大、缩小、拉伸的图像处理过程。所述的记录小鼠瞳孔中心位置与已建立的该小鼠瞳孔边界上的一个点的位置，其中小鼠瞳孔边界上的一个点是小鼠两眼角其中的一个眼角的顶点。所述的小鼠两眼角与水平面或X轴平行。所述的摄像装置镜头加有滤色镜，以便降低噪声信号，使瞳孔边界信息和小鼠瞳孔中心点更方便处理。所述的按一定的时间间隔重复记录小鼠瞳孔中心位置与已建立的该小鼠瞳孔边界上的一个点的位置，其中的时间间隔可以由计算机进行设置并产生，也可由与实验台轴连接一环形屏幕固定的同步机构产生。本专利技术的特点是它采用无创性计算机图像捕获分析系统，不影响动物行为，提高了结果的可信度。同时由于利用计算机编程大大简化了HOKR中眼球运动的测量程序，大大提高了测量精度，降低了测量误差。由于该系统能够动态实时检测小鼠的运动学习记忆能力，可以广泛应用于小脑功能研究领域、应激后运动学习记忆功能变化的监测以及临床药物的筛选。下面结合实施例附图和实际使用过程对本专利技术作进一步说明。附图说明图1是实施例一种系统硬件连接示意图； 图2给出了经过1次训练后的一次记录情况；图3给出了再经过N次训练后的一次记录情况；图4是测量到小鼠HOKR眼球运动曲线以及评分值的计算方式。图中，1、环形屏幕；2、小鼠；3、数码摄像机；4、HOKR实验台；5、小鼠眼睛；6、电机轴、7、马达；8、脉冲发生器；9、接口；10、计算机。具体实施例方式参见附图1，将HOKR实验台4固定于环形屏幕1中央，并将小鼠身体置入HOKR实验台4上的小鼠笼内，固定小鼠2的头部，使通过小鼠眼睛5和外耳道的连线呈水平(水平半规管的方向)，数码摄像机3固定架设在小鼠笼对应的前方，它通过脉冲发生器8发出的定时脉冲到来时摄取小鼠眼睛5的图像，并通过接口9发送到计算机10。环形屏幕1的下方连接有马达7，电机轴6与马达7传动连接，脉冲发生器8与电机轴6连接。将小鼠2固定于HOKR实验台4，开启系统，环形屏幕1在马达7的驱动下随电机轴6转动而转动；这时数码摄像机3在脉冲发生器8发出的定时脉冲到本文档来自技高网...

【技术保护点】
应激后小鼠运动学习记忆能力自动化检测方法，其特征是：它至少包括这样的步骤，将小鼠固定在实验台上，实验台轴连接有环形屏幕，小鼠眼球侧面包括有摄像装置，摄像装置的镜头正对小鼠眼球，并使小鼠眼球成一清晰图像，使环形屏幕沿轴转动，在环形屏幕转动开始后，第一时间捕获小鼠眼球图片信息；进一步将小鼠眼球图片信息输入到计算单元；计算单元对图片信息进行存贮处理，以获取小鼠瞳孔边界信息和瞳孔中心位置；将小鼠瞳孔边界圆形曲线与已建立的该小鼠瞳孔边界移动重合，记录第一个小鼠瞳孔中心位置与已建立的该小鼠瞳孔边界上的一个点的位置；按一定的时间间隔重复记录第二个小鼠瞳孔中心位置与已建立的该小鼠瞳孔边界上的一个点的位置；按一定的时间间隔重复记录第Ｎ个小鼠瞳孔中心位置与已建立的该小鼠瞳孔边界上的一个点的位置；计算小鼠瞳孔在时间Ｔ内的变化速度和幅度；按同样的条件，在时间Ｔ１后进一步重复上述过程；按同样的条件，在时间Ｔ２后重复上述过程；分析每一次小鼠瞳孔在时间Ｔ内的变化速度和幅度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王文，武胜昔，李云庆，
申请(专利权)人：中国人民解放军第四军医大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]