专利名称：奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置的制作方法
技术领域：
本发明属于一种动物实验装置，具体涉及一种奖赏性操作条件反射实时检测分析
处理装置。
背景技术：
奖赏性操作式条件反射是通过施加各种复杂的非条件刺激信号，如以不同颜色的灯光为诱导，以能引起奖赏效应的物质(食物、糖水和酒精)作为条件刺激信号，动物通过随机发现、主动探索、获得经验，巩固记忆并再现，最终使动物学会主动进行压杆操作，形成获得奖赏物质的条件反射。由于这种奖赏效应产生的行为学评价技术对动物的行为和心理伤害刺激小，可组合为多种复杂的信号任务，是国际医学界作为认知功能行为学研究、益智药物药效评价主要的一种主要行为学测试方法。目前国外所使用的奖赏操作式条件反射测试仪，如Bioseb、Panlab、TSE公司开发的奖赏操作实验设备均采用模块化的设计，但没有采用计算机视觉技术，测试过程中获得的信号组合简单、操作踏板单一，测试中获取的数据信息仅能获得踏板操作次数、奖赏获得次数等，导致测试过程中获取的用于评价学习记忆的指标较少，从而影响了测试结果的准确性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种施加引起奖赏效应的物质(食物、糖水和酒精)作为条件刺激信号`，以及不同颜色灯光为非条件刺激信号的各种复杂组合，从而使动物形成奖赏操作条件反射的奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置。该装置可以检测动物的对各种复杂条件下的学习记忆、反应及决策能力。为了达到上述发明目的，本发明提供一种奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置，包括计算机系统和实验箱，其中计算机系统包括计算机主机、PCI/CAN卡、图形卡、显示器和实验控制模块，其中图形卡接收摄像头的视频信号，并将视频信号传给计算机主机处理；显示器与计算机主机相连，用于显示实验数据；实验控制模块用于设置奖赏实验模式和参数，接收和处理视频信号，以及统计、记录和显示实验数据。可选地，实验箱包括通信控制板、踏板伸缩控制机构、奖赏物质控制机构、探头检测、三色信号灯、换气扇、LED照明灯、摄像头、踏板、给水给食孔、底部栅网、粪便收集板、隔板和取放动物门。可选地，其特征在于，所述实验箱采用模拟自然环境的封闭式结构，实验箱的箱体框架由铝合金型材构成，实验箱的箱体的外部立面为皱灰色铝板。可选地，实验箱包括嵌套的内外两部分，内箱为动物活动区域，内箱两侧壁面为PVC板材构造，壁中布有红外发光阵列用于消除图像采集时噪声干扰并提高暗环境时图像清晰度。可选地，通信控制板接收计算机主机指令，控制踏板伸缩机构，奖赏物质控制机构和三色信号灯工作。可选地，隔板为铝板，该隔板上安置奖赏物质控制机构，给予动物液-液、液-固、固-固三种形式中的任意一种或多种奖赏物质。可选地，奖赏物质控制机构下方有给水给食孔，给水给食孔中安装有红外探头检测，以记录动物对给水给食孔内的探索次数。可选地，所述奖赏物质控制机构旁边设置有踏板，踏板由踏板伸缩控制机构实现踏板的伸缩自动化控制。可选地，踏板上方有三色信号灯，给予动物不同颜色辨别信号。可选地，摄像头设置于所述实验箱内箱顶部。可选地，换气扇位于隔板上，为减少动物实验过程中产生的排泄物异味。可选地，所述LED照明灯位于换气扇下方，为动物实验提供与自然环境类似环境。可选地，实验箱底部为底部栅网，底部栅网连接电源，电流通过时可提供惩罚性的非条件刺激，底部栅网的下方为活动的粪便收集板，用以收集动物的排泄物。可选地，实验箱侧方有方便开启/闭合的取放动物门。由上述技术方案可知，本发明的实施例具有如下有益效果通过对踏板-信号灯-奖赏物质等多种信号源进行各种复杂的组合，设计分等级的实验模式，根据动物特性，设定了最佳的实验条件，可检测动物不同阶段的学习记忆过程，还可对不同模型的复杂操作能力、学习记忆能力及决策力进行精细的评价，并自动给出实验数据及统计分析，避免外部光源对实验的干扰，保证实验的可重复性和实验结果的准确性。
图1为本发明的实施例中实验箱的结构图；图2为本发明的实施例中计算机系统及其他电路的原理框图。
具体实施例方式为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细地说明。在此，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。如图f 2所示，在本发明实施例中奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置包括计算机系统I和实验箱2，其中计算机系统I 包括计算机主机 11，PCI (Pedpherd Component Interconnect,周边元件扩展接口)/CAN(ControIIer Area Network,控制器局域网络)卡12,图形卡13,显示器14和实验控制模块15，其中图形卡13用于接收实验箱2中摄像头212的视频信号，并将视频信号传给计算机主机11处理；显示器14与计算机主机11相 连，用于显示处理后的视频信号；实验控制模块15用于设置奖赏实验模式和参数，接收和处理视频信号，统计、记录和显示实验数据。在本发明的一个实施例中，实验箱2包括通信控制板21，踏板伸缩控制机构22、23，奖赏物质控制机构24、25，探头检测器26、27，三色信号灯28、29，换气扇210，LED照明灯211，摄像头212，踏板213，给水给食孔215、底部栅网217，粪便收集板218、隔板219和取放动物门220。在本发明的一个实施例中，实验箱2整体为外部尺寸可设置为350 X 450 X 780mm (长X宽X高)的组合式立方体，实验箱2的箱体框架由铝合金型材构成，外部立面为皱灰色铝板。当然可以理解的是，在本发明的实施例中并不限定实验箱2箱体的具体尺寸、形状和箱体的材料。在本发明的一个实施例中，实验箱2分为嵌套的内外两部分，内箱尺寸可设置为300X 300X 550mm(长X宽X高)，内箱的两侧壁面为PVC(聚氯乙烯)板材构造，壁中布有红外发光阵列用于消除图像采集时噪声干扰并提高暗环境时图像清晰度。在本发明的一个实施例中，通信控制板21可通过PCI/CAN卡12接收计算机主机11指令，控制踏板伸缩机构22、23，奖赏物质控制机构24、25和三色信号灯28、29工作。通信控制板21上的微控制器根据约定的协议，通过控制步进电机的正转和反转完成踏板的伸缩操作；通过控制蠕动泵的转动时间完成定量液体的给出，通过控制固体奖励物质机构上的步进电机转动一周，完成一粒固体奖励物质的给出；通过给出高或低电平信号，控制信号灯的亮和灭。在本发明的实施例中，动物学会辨认三色信号灯28、29的各种颜色信号刺激，主动进行压杆操作而获得奖赏性物质，实验人员根据动物的上述动作来评价动物对复杂信号任务的学习、反应和决策的能力。
在本发明的一个实施例中，隔板219为铝板，板上安置奖赏物质控制机构24、25，可以实现给予动物液-液、液-固、固-固三种形式中的任意一种或多种奖赏物质。在本发明的一个实施例中，奖赏物质控制机构24、25下方有给水给食孔215、216，孔中安装有探头检测器26、27可记录动物对给水给食孔215、216内的探索次数。在本发明的一个实施例中，奖赏物质控制机构24、25旁边设置有踏板213、214，踏板213、214由踏板伸缩控制机构22实现踏板的伸缩自动化控制。在本发明的一个实施例中，踏板213、214上方有三色信号灯28、29，可以给予动物不同颜色辨别信号。通常采用红、黄、蓝三色，根据文献报道，这三种颜色对动物的刺激差异最为显著，采用这三种颜色目的为了提供三种不同视觉感受的条件刺激。在本发明的一个实施例中，摄像头212设置于实验箱2内箱顶部，用于获取实验箱2中的视频信号，例如实验箱2内动物在奖赏性操作条件反射实验时的各种动作。在本发明的一个实施例中，换气扇210位于隔板219上，用于减少动物实验过程中产生的排泄物异味。在本发明的一个实施例中，LED照明灯211位于换气扇210下方，为动物实验提供与自然环境类似环境。在本发明的一个实施例中，实验箱2底部为栅间距d=10mm的底部栅网217，底部栅网217可连接12V电源，电流通过时可提供惩罚性的非条件刺激。实验箱2的下方为活动的粪便收集板218，用以收集动物的排泄物。
在本发明的一个实施例中，实验箱2侧方有方便开启/闭合的取放动物门220。由上述技术方案可知，本发明的实施例具有如下有益效果通过对踏板-信号灯-奖赏物质等多种信号源进行各种复杂的组合，设计分等级的实验模式，根据动物特性，设定了最佳的实验条件，可检测动物不同阶段的学习记忆过程，还可对不同模型的复杂操作能力、学习记忆能力及决策力进行精细的评价，并自动给出实验数据及统计分析，避免外部光源对实验的干扰，保证实验的可重复性和实验结果的准确性。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明 的保护范围。
权利要求
1.一种奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置，其特征在于，包括计算机系统(I)和实验箱(2)，其中 所述计算机系统(I)包括计算机主机(11)、PCI/CAN卡(12)、图形卡(13)、显示器(14)和实验控制模块(15)，其中所述图形卡(13)接收摄像头(212)的视频信号，并将视频信号传给所述计算机主机(11)处理；所述显示器(14)与计算机主机(11)相连，用于显示实验数据；所述实验控制模块(15)用于设置奖赏实验模式和参数，接收和处理视频信号，以及统计、记录和显示实验数据。
2.根据权利要求1所述的奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置，其特征在于，所述实验箱(2)包括通信控制板(21)、踏板伸缩控制机构(22、23)、奖赏物质控制机构(24)、探头检测器(26、27)、三色信号灯(28、29)、换气扇(210)、LED照明灯(211)、摄像头(212)、踏板(213、214)、给水给食孔(215、216)、底部栅网(217)，粪便收集板(218)、隔板(219)和取放动物门(220)。
3.根据权利要求2所述的奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置，其特征在于，所述实验箱(2)为模拟自然环境的封闭式结构，所述实验箱(2)的箱体框架由铝合金型材构成，所述实验箱(2)的箱体的外部立面为铝板。
4.根据权利要求2所述的奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置，其特征在于，所述实验箱(2)包括嵌套的内外两部分，内箱为动物活动区域，内箱两侧壁面为PVC板材构造，壁中布有红外发光阵列用于消除图像采集时噪声干扰并提高暗环境时图像清晰度。
5.根据权利要求2所述的奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置，其特征在于，所述通信控制板(21)接收所述计算机主机(11)指令，控制所述踏板伸缩机构(22、23)，所述奖赏物质控制机构(24)和所述三色信号灯(28、29)工作。
6.根据权利要求2所述的奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置，其特征在于，所述隔板(219)为铝板，所述隔板(219)上安置奖赏物质控制机构(24)，给予动物液-液、液-固、固-固三种形式中的任意一种或多种奖赏物质。
7.根据权利要求2所述的奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置，其特征在于，所述奖赏物质控制机构(24)下方有给水给食孔(215、216)，所述给水给食孔(215、216)中安装有红外探头检测(213)，以记录动物对给水给食孔(215、216)内的探索次数。
8.根据权利要求2所述的奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置，其特征在于，所述奖赏物质控制机构(24)旁边设置有踏板(213、214)，所述踏板(213、214)由踏板伸缩控制机构(22)实现踏板的伸缩自动化控制。
9.根据权利要求2所述的奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置，其特征在于，所述踏板(213、214)上方设置有所述三色信号灯(28、29)，给予动物不同颜色辨别信号。
10.根据权利要求2所述的奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置，其特征在于，所述换气扇(210)位于隔板(219)上，为减少动物实验过程中产生的排泄物异味，所述实验箱(2)底部为底部栅网(217)，底部栅网(217)连接电源，电流通过时可提供惩罚性的非条件刺激；底部栅网(217)的下方为活动的粪便收集板(218)，用以收集动物的排泄物。
全文摘要
本发明提供一种奖赏性操作条件反射实时检测分析处理装置，包括计算机系统和实验箱，其中计算机系统包括计算机主机、PCI/CAN卡、图形卡、显示器和实验控制模块，其中图形卡接收摄像头的视频信号，并将视频信号传给计算机主机处理；显示器与计算机主机相连，用于显示实验数据；实验控制模块，用于设置奖赏实验模式和参数，接收和处理视频信号，以及统计、记录和显示实验数据。应用本发明可根据实验目的，设定了各种最佳的实验条件，可以自动给出实验数据及统计分析，并可避免外部光源对实验的干扰，保证实验的可重复性。
文档编号A01K15/02GK103026973SQ20121050537
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者陈善广, 刘新民, 李海清, 李翊华, 石哲, 陈铃铃, 李莹辉, 王春慧, 曲丽娜, 张恒, 肖毅, 王逸, 何怡然 申请人:中国航天员科研训练中心, 中国医学科学院药用植物研究所, 北京鑫海华仪科技有限公司