一种基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置及剥夺系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置及剥夺系统，该剥夺装置包括笼盒

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置及剥夺系统


[0001]本专利技术属于动物行为学实验装置领域，更具体地，涉及一种基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置及剥夺系统
。

技术介绍

[0002]日前发布的
《
中国睡眠研究报告
2023》
显示，
2022
年中国成年人每晚平均睡眠时长为
7.4
小时，其中近半数民众（
47.55%
）每晚平均睡眠时长不足8小时
。
近年来，睡眠障碍患者呈现增多趋势，而睡眠对于维持大脑正常生理功能十分重要，缺乏睡眠会导致人的认知能力
、
免疫力及情绪控制力显著下降；且许多严重的精神疾病如阿尔茨海默病
、
孤独症和抑郁症等均伴有失眠症状
。
[0003]当前主流观点认为睡眠受到“节律
‑
稳态双进程”模型调控，即节律过程调控睡眠发生的时刻，而稳态过程控制睡眠的质和量
。
其中节律调控过程主要由
PER/CRY、BMAL1/CLOCK
等核心生物钟基因转位
‑
转录的负反馈调控，但对于稳态调控过程，目前的认知还十分有限
。
为解析睡眠稳态调控机理，最基本和直接的手段是睡眠剥夺实验，目前睡眠剥夺实验主要分为水平台睡眠剥夺
、
机械装置剥夺和人工剥夺等方式
。
[0004]其中实验小鼠是常用的实验动物，在小鼠饲养过程中饲养笼中的垫料能吸附其排泄物
、
维持笼盒及自身的清洁卫生，降低氨气浓度，维持适宜的温度，保持笼盒内干爽，是影响动物健康和动物实验结果的重要因素之一
。
而水平台睡眠剥夺，是利用小鼠恐水的特性进行睡眠剥夺，易产生应激反应，会影响睡眠剥夺实验的科学性且实验过程中还会改变小鼠正常的生活环境
。
机械装置剥夺如专利
CN 115336538 A
一种用于实验啮齿动物睡眠干扰与记录的装置，该专利中的装置是通过压力传感器将实验动物的振动信号转化为电信号，通过检测电信号大小来判断实验动物是睡眠还是活动，若处于睡眠状态则进行机械干扰，但该装置检测的振动信号容易受垫料振动的影响，易造成误判，故该装置中不适合垫垫料，而这会对小鼠正常的生活环境造成影响；而且该装置不仅对睡眠的小鼠进行干扰，还会对活动状态的小鼠也产生干扰，容易产生应激反应
。
[0005]虽然人工剥夺可以不影响实验动物的正常生活，但其依赖人为观察判断实验动物进入睡眠状态进行干扰剥夺，需实验人员始终观察实验动物的行为，易对实验人员产生睡眠剥夺效应，且难以同时兼顾多只实验动物，一般适用于短期睡眠剥夺实验
。
因此，研究一种能够在不影响实验动物正常生活环境的前提下自动剥夺睡眠的装置，利于睡眠稳态调控机理的研究和改善睡眠障碍药物的研发
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置及剥夺系统，其目的在于提供一种基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，该剥夺装置基于机器视觉模拟人为观察来避免现有智能剥夺装置对小鼠正常生活产生影响，由此解决现有智能判断方法会影响小鼠正常的生理行为的技术问题
。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，其包括笼盒
、
图像采集器
、
图像处理分析设备和机械臂；所述图像采集器设置在笼盒外周围，用于在采集周期内按照时间序列采集多张实验动物的图像，并传输给图像处理分析设备；所述图像处理分析设备，用于从接收的多张图像提取实验动物的图像特征，依据提取的图像特征随时间的变化确定实验动物睡眠状态以及实验动物对应的定位坐标，每个时隙选择处于睡眠的实验动物之一作为被剥夺对象，将睡眠剥夺执行指令和该睡眠动物的定位坐标信息传输给机械臂；所述图像特征包括实验动物身体的姿态
、
眼睛的状态
、
尾巴的形态以及动物位置中一种或多种；所述机械臂，用于接收图像处理分析设备传输的睡眠剥夺执行指令和定位坐标信息，依据睡眠剥夺执行指令对该定位坐标处的睡眠动物进行睡眠剥夺
。
[0008]优选地，所述基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，其所述图像处理分析设备，基于神经网络深度学习，联合实验动物身体的姿态
、
眼睛的状态
、
尾巴的形态以及动物位置的变化将实验动物状态分为处于睡眠
、
处于觉醒和不确定三种，在处于睡眠状态的动物中选择一只作为被剥夺对象
。
[0009]优选地，所述基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，其所述图像处理分析设备选择被剥夺对象：根据实验动物进入睡眠状态的时长生成一个定量指标
D
，具体公式为
D=at2+bt+c
，其中
a
，
b>0
；按照
D
值的大小排序依次选择对应的睡眠动物作为被剥夺对象，当睡眠动物觉醒或完成一次剥夺，
D
值清零；当某睡眠动物
D
值累积量大于等于预设阈值，选择该睡眠动物作为被剥夺对象
。
[0010]优选地，所述基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，其所述机械臂一端设有剥夺部件，内设控制器，用于接收图像处理分析设备传输的睡眠剥夺执行指令和定位坐标信息，控制机械臂带动剥夺部件对该定位坐标处的睡眠动物进行睡眠剥夺
。
[0011]优选地，所述基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，其所述图像采集器包括多个摄像头模组4，所述摄像头模组4，包括网络摄像头
401、
支杆
404
，其中支杆
404
的上端与网络摄像头
401
连接，其下端与笼盒连接
。
[0012]优选地，所述基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，其所述睡眠剥夺装置还包括红外传感器，用于获取实验动物的体温，并传输给图像处理分析设备
。
[0013]优选地，所述基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，其所述剥夺部件还设有压力传感器
。
[0014]优选地，所述基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，其所述笼盒内设多个单独的笼槽
。
[0015]按照本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种如本专利技术所述基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置的剥夺系统，其包括图像获取模块
、
图像分析处理模块和控制模块；所述图像获取模块，用于获取采集周期内采集的多张实验动物的图像，并提交给图像分析处理模块；所述图像分析处理模块，用于从接收的多张图像提取实验动物的图像特征，所述
图像特征，包括实验动物身体的姿态
、
眼睛的状态
、
尾巴的形态以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，其特征在于，包括笼盒
、
图像采集器
、
图像处理分析设备和机械臂；所述图像采集器设置在笼盒外周围，用于在采集周期内按照时间序列采集多张实验动物的图像，并传输给图像处理分析设备；所述图像处理分析设备，用于从接收的多张图像提取实验动物的图像特征，依据提取的图像特征随时间的变化确定实验动物睡眠状态以及实验动物对应的定位坐标，每个时隙选择处于睡眠的实验动物之一作为被剥夺对象，将睡眠剥夺执行指令和该睡眠动物的定位坐标信息传输给机械臂；所述图像特征包括实验动物身体的姿态
、
眼睛的状态
、
尾巴的形态以及动物位置中一种或多种；所述机械臂，用于接收图像处理分析设备传输的睡眠剥夺执行指令和定位坐标信息，依据睡眠剥夺执行指令对该定位坐标处的睡眠动物进行睡眠剥夺
。2.
如权利要求1所述的基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，其特征在于，所述图像处理分析设备，基于神经网络深度学习，联合实验动物身体的姿态
、
眼睛的状态
、
尾巴的形态以及动物位置的变化将实验动物状态分为处于睡眠
、
处于觉醒和不确定三种，在处于睡眠状态的动物中选择一只作为被剥夺对象
。3.
如权利要求2所述的基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，其特征在于，所述图像处理分析设备按照如下方法选择被剥夺对象：根据实验动物进入睡眠状态的时长生成一个定量指标
D
，具体公式为
D=at2+bt+c
，其中
a
，
b>0
；按照
D
值的大小排序依次选择对应的睡眠动物作为被剥夺对象，当睡眠动物觉醒或完成一次剥夺，
D
值清零；当某睡眠动物
D
值累积量大于等于预设阈值，选择该睡眠动物作为被剥夺对象
。4.
如权利要求3所述的基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，其特征在于，所述机械臂一端设有剥夺部件，内设控制器，用于接收图像处理分析设备传输的睡眠剥夺执行指令和定位坐标信息，控制机械臂带动剥夺部件对该定位坐标处的睡眠动物进行睡眠剥夺
。5.
如权利要求1所述的基于机器视觉的啮齿动物睡眠剥夺装置，其特征在于，所述图像采集器包括多个摄像头模组（4），所述摄像头模组（4），包括网络摄像头（
401
）
、
支杆（
404
），其中支杆（
404
）的上端与网络摄像头（
401
）连接，其下端与笼盒连接
。6.
如权利要求5所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵秉，桑浩钧，张垒，
申请(专利权)人：北京脑科学与类脑研究所，
类型：发明
国别省市：