一种动物行为训练、测试系统及其训练方法、测试方法与流程

本发明属于动物行为学及神经电生理学的研究领域，具体涉及一种动物行为训练、测试系统及其训练方法、测试方法。

背景技术：

迷宫(如十字迷宫、y/t、迷宫、回形迷宫、八字型迷宫)训练是研究啃齿类动物学习与记忆能力的基本手段。也在其他研究领域较为常用，如对经基因操作动物进行认知功能鉴定，认知药物筛选等。

以往在对动物进行这类迷宫训练时，多采用人工训练的方法。如基于迷宫模型的小鼠智力与记忆力训练是一个很常见的训练项目，但在人工条件下训练时，实验者需要做很多工作，比如要不停地记录实验结果，还比如实验者有时要手持一挡板先将大鼠限制在起始区域内及在规定的延缓期后撤去挡板等，如果要改变实验的奖励量及风险概率还要重新对整个实验环境进行大量的更改工作。因此做个训练实验往往需要多人协同完成。这种方法要求实验者有较高的实验技巧以尽可能避免对动物造成过度应激。由于人为操作存在较大差异性，因此这种方法会很大程度地影响结果的客观性。

此外，随着行为电生理学等方法的不断进步，简单的行为学观察已不能满足研究者的需求。当对处于任务操作中的动物进行电生理观察和记录时，对动物进行人为接触将对观测造成极大的干扰。行为训练的自动化和程控化是对自由活动动物进行电生理记录时的必然要求。

技术实现要素：

为了克服现有技术上的问题，本发明提供一种动物行为训练、测试系统及其训练方法、测试方法，利用一套模型可进行多种训练及测试，并能实现训练方式的自动化、统一化，提高实验数据准确性。

本发明提供以下技术方案：

一种动物行为训练、测试系统，包括迷宫，所述迷宫由进入通道及分别设置在进入通道两侧的第一奖励通道和第二奖励通道组成，进入通道的后端与第一、第二奖励通道的入口处相连通，进入通道的前端与第一、第二奖励通道的出口处相连通；

在进入通道中设有进入通道入口门及入口门开关传感器，在第一、二奖励通道的入口处分别设有第一、第二奖励通道入口门及入口门开关传感器，入口门能够阻挡所述进入通道与奖励通道间的连通；在第一、二奖励通道的出口处分别设有第一、第二奖励通道出口门及出口门检测传感器；

在第一、第二奖励通道内分别设有奖励区。

进一步地，所述迷宫下部为中空结构，所述进入通道入口门、第一奖励通道入口门、第二奖励通道入口门、第一奖励通道出口门、第二奖励通道出口门为向下移动开合的机械门。

进一步地，所述奖励区内设有检测传感器，在奖励区内还设有led发光器。

进一步地，所述进入通道的后端封闭墙面是多孔有机树脂板，所述开关传感器为压杆、红外线传感器或压力传感器；所述检测传感器为红外线传感器。

一种动物行为训练、测试系统，系统包括所述迷宫，还包括分析控制模块及数据存储模块，所述分析控制模块分析各传感器的信号、控制各入口门、出口门的开关、控制led发光器的开关并记录数据，所述数据存储模块存储由分析控制模块传输的数据。

进一步地，在所述迷宫第一、第二奖励通道内的奖励区均放有食物，用于进行动物决策者focal行为训练。

进一步地，在所述迷宫第一奖励通道的奖励区放有食物，用于进行动物被动执行者recipient行为训练。

进一步地，将两个所述迷宫以进入通道后端封闭墙为连接面相对连接，在左侧迷宫的第一、第二奖励通道内的奖励区均放有食物，在右侧迷宫的第一奖励通道的奖励区放有食物，用于进行动物社会利他性行为的测试。

一种利用动物行为训练、测试系统训练动物决策者focal能力的方法，包括以下步骤：

步骤一将训练动物放置在进入通道入口门前，打开进入通道入口门；

步骤二判断第一奖励通道入口门的开关传感器是否被触发，如果是，则进入步骤三；如果否，则判断第二奖励通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复步骤二，如果是，则进入步骤四；

步骤三打开第一奖励通道入口门，打开第一奖励通道内奖励区的led发光器，判断奖励区内的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭通道入口门、led发光器，打开第一奖励通道出口门，进入步骤五；

步骤四打开第二奖励通道入口门，打开第二奖励通道内奖励区的led发光器，判断奖励区内的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭通道入口门、led发光器，打开第二奖励通道出口门，进入步骤六；

步骤五判断第一奖励通道出口门的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第一奖励区入口门，判断通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第一奖励通道出口门；进入步骤七；

步骤六判断第二奖励通道出口门的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第二奖励区入口门，判断通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第二奖励通道出口门；进入步骤七；

步骤七延时后返回步骤一，打开进入通道入口门；或将分析控制模块记录的决策者第一、第二奖励通道的选择情况数据存储在数据存储模块内，结束。

一种利用动物行为训练、测试系统训练动物被动执行者recipient能力的方法，包括以下步骤：

步骤一将训练动物放置在进入通道入口门前，打开进入通道入口门；

步骤二判断第一奖励通道入口门的开关传感器是否被触发，如果是，则进入步骤三；如果否，则判断第二奖励通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复步骤二，如果是，则进入步骤四；

步骤三打开第一奖励通道入口门，打开第一奖励通道内奖励区的led发光器，判断奖励区内的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭通道入口门、led发光器，打开第一奖励通道出口门，进入步骤五；

步骤四打开第二奖励通道入口门，判断奖励区内的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭通道入口门、打开第二奖励通道出口门，进入步骤六；

步骤五判断第一奖励通道出口门的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第一奖励区入口门，判断通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第一奖励通道出口门；进入步骤七；

步骤六判断第二奖励通道出口门的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第二奖励区入口门，判断通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第二奖励通道出口门；进入步骤七；

步骤七延时后返回步骤一，打开进入通道入口门；或将分析控制模块记录的被动执行者第一、第二奖励通道的选择情况数据存储在数据存储模块内，结束。

一种利用动物行为训练、测试系统测试动物社会利他性的方法，包括以下步骤：

步骤一将经决策者focal训练的动物放置在左侧迷宫的进入通道入口门前，将经被动执行者recipient训练的动物放置在右侧迷宫的进入通道入口门前，打开两侧迷宫的进入通道入口门；

步骤二判断左侧迷宫的第一奖励通道入口门的开关传感器是否被触发，如果是，则进入步骤三；如果否，则判断左侧迷宫的第二奖励通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复步骤二，如果是，则进入步骤四；

步骤三打开两侧迷宫的第一奖励通道入口门，打开两侧迷宫的第一奖励通道内奖励区的led发光器，分别判断两侧奖励区内的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果被触发，则关闭相应侧迷宫的通道入口门、led发光器，打开相应侧第一奖励通道出口门，待两侧均被触发，进入步骤五；

步骤四打开两侧迷宫的第二奖励通道入口门，打开左侧迷宫的第二奖励通道内奖励区的led发光器，分别判断两侧奖励区内的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果被触发，则关闭相应侧迷宫的通道入口门、led发光器，打开相应侧第二奖励通道出口门，待两侧均被触发，进入步骤六；

步骤五分别判断两侧迷宫的第一奖励通道出口门的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭相应侧迷宫的第一奖励区入口门，待两侧均被触发后判断两侧迷宫的通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭相应侧迷宫的第一奖励通道出口门，待两侧均被触发后，进入步骤七；

步骤六判断两侧迷宫的第二奖励通道出口门的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭两侧迷宫的第二奖励区入口门，判断两侧迷宫的通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭两侧迷宫的第二奖励通道出口门；进入步骤七；

步骤七延时后返回步骤一，打开两侧迷宫的进入通道入口门；或将分析控制模块记录的决策者、被动执行者分别在第一、第二奖励通道的选择情况数据存储在数据存储模块内，结束。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明的动物行为训练、测试系统结构简单，操作容易，训练或测试流程自动化，能够有效减少试验中的人为操作，简化动物行为学试验步骤，提高训练、测试结果的准确性和可靠性。

2、本发明的动物行为训练、测试系统具有灵活性大的优点，可以通过关于不同实验的要求灵活进行修改控制器程序从而完成多种不同的实验。

3、本发明的动物行为训练、测试系统通过全自动化操作方式，减少各种因为人为原因对实验造成的干扰，提高实验的准确度与实验的真实性。

4、本发明的动物行为训练、测试系统通过控制器对其进行控制，可以将所需要的数据进行存储并显示，减少人为计数的不方便以及不准确的问题，提高了实验过程中的效率。

附图说明

图1是本发明实施例中迷宫的结构示意图；

图2是本发明实施例中用于动物社会利他性行为的测试的迷宫的结构示意图；

图3是本发明实施例中动物行为训练、测试系统训练动物focal能力的方法的流程图；

图4是本发明实施例中动物行为训练、测试系统训练动物recipient能力的方法的流程图；

图5是本发明实施例中动物行为训练、测试系统测试动物社会利他性的方法的流程图。

其中：1-进入通道、11-进入通道入口门、12-进入通道入口门开关传感器、13-后端封闭墙、2-第一奖励通道、21-第一奖励通道入口门、22-第一奖励通道入口门开关传感器、23-第一奖励通道出口门、24-第一奖励通道出口门检测传感器、25-第一奖励通道奖励区、26-第一奖励通道奖励区检测传感器、27-第一奖励通道奖励区led发光器、3-第二奖励通道、31-第二奖励通道入口门、32-第二奖励通道入口门开关传感器、33-第二奖励通道出口门、34-第二奖励通道出口门检测传感器、35-第二奖励通道奖励区、36-第二奖励通道奖励区检测传感器、37-第二奖励通道奖励区led发光器

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的结构图及具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

图1是本发明中一种迷宫的结构示意图，如图1所示，一种动物行为训练、测试系统，包括迷宫，迷宫由进入通道1及分别设置在进入通道两侧的第一奖励通道2和第二奖励通道3组成，进入通道的后端与第一、第二奖励通道的入口处相连通，进入通道的前端与第一、第二奖励通道的出口处相连通。

在进入通道中设有进入通道入口门11及入口门开关传感器12，在第一、二奖励通道的入口处分别设有第一、第二奖励通道入口门21、31，及入口门开关传感22、32，入口门能够阻挡所述进入通道与奖励通道间的连通；在第一、二奖励通道的出口处分别设有第一、第二奖励通道出口门23、33，及出口门检测传感,24、34；

在第一、第二奖励通道内分别设有奖励区25、35。

其中，迷宫下部为中空结构，进入通道入口门、第一奖励通道入口门、第二奖励通道入口门、第一奖励通道出口门、第二奖励通道出口门为向下移动开合的机械门，这样方便训练动物在通道内顺利通过。

进一步地，奖励区内设有检测传感器26、36，在奖励区内还设有led发光器27、37。进入通道的后端封闭墙面是多孔有机树脂板，开关传感器为压杆、红外线传感器或压力传感器等，通常老鼠等训练动物通过鼻触触发开关传感器；检测传感器为红外线传感器，训练动物通过检测传感器即可触发检测传感器。

此外，本发明的系统包括迷宫，还包括分析控制模块及数据存储模块，分析控制模块分析各传感器的信号、控制各入口门、出口门的开关、控制led发光器的开关并记录数据，数据存储模块存储由分析控制模块传输的数据。迷宫的控制电路以及电源位于迷宫的下方，模块间通过串口线相互连接进行数据传输。

本发明的动物行为训练测试系统通过设计不同通道内门的开关以及放置奖励食物的变化，提供不同动物训练、测试模型，如可以实现下述动物社会利他性能力测试，或完成动物工作记忆训练等。

实施例2

在迷宫第一、第二奖励通道内的奖励区均放有食物，用于进行动物决策者focal行为训练。动物决策者focal行为训练即对动物进行不论选择第一奖励通道还是第二奖励通道均可以得到奖励的训练。如图3所示，本发明提供了一种利用动物行为训练、测试系统训练动物决策者focal能力的方法，包括以下步骤：

步骤一将训练动物放置在进入通道入口门前，打开进入通道入口门；

步骤二判断第一奖励通道入口门的开关传感器是否被触发，如果是，则进入步骤三；如果否，则判断第二奖励通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复步骤二，如果是，则进入步骤四；

步骤三打开第一奖励通道入口门，打开第一奖励通道内奖励区的led发光器，判断奖励区内的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭通道入口门、led发光器，打开第一奖励通道出口门，进入步骤五；

步骤四打开第二奖励通道入口门，打开第二奖励通道内奖励区的led发光器，判断奖励区内的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭通道入口门、led发光器，打开第二奖励通道出口门，进入步骤六；

步骤五判断第一奖励通道出口门的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第一奖励区入口门，判断通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第一奖励通道出口门；进入步骤七；

步骤六判断第二奖励通道出口门的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第二奖励区入口门，判断通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第二奖励通道出口门；进入步骤七；

步骤七延时后返回步骤一，打开进入通道入口门；或将分析控制模块记录的决策者第一、第二奖励通道的选择情况数据存储在数据存储模块内，结束。

实施例3

在迷宫第一奖励通道的奖励区放有食物，用于进行动物被动执行者recipient行为训练。动物被动执行者recipient行为训练是当动物进行第一奖励通道和第二奖励通道的选择时，仅有一侧的奖励通道有奖励的训练。如图4所示，一种利用动物行为训练、测试系统训练动物被动执行者recipient能力的方法，包括以下步骤：

步骤一将训练动物放置在进入通道入口门前，打开进入通道入口门；

步骤二判断第一奖励通道入口门的开关传感器是否被触发，如果是，则进入步骤三；如果否，则判断第二奖励通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复步骤二，如果是，则进入步骤四；

步骤三打开第一奖励通道入口门，打开第一奖励通道内奖励区的led发光器，判断奖励区内的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭通道入口门、led发光器，打开第一奖励通道出口门，进入步骤五；

步骤四打开第二奖励通道入口门，判断奖励区内的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭通道入口门、打开第二奖励通道出口门，进入步骤六；

步骤五判断第一奖励通道出口门的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第一奖励区入口门，判断通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第一奖励通道出口门；进入步骤七；

步骤六判断第二奖励通道出口门的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第二奖励区入口门，判断通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭第二奖励通道出口门；进入步骤七；

步骤七延时后返回步骤一，打开进入通道入口门；或将分析控制模块记录的被动执行者第一、第二奖励通道的选择情况数据存储在数据存储模块内，结束。

实施例4

图2是本发明用于动物社会利他性行为的测试的迷宫的结构示意图，如图2、5所示，将两个迷宫以进入通道后端封闭墙为连接面相对连接，在左侧迷宫的第一、第二奖励通道内的奖励区均放有食物，在右侧迷宫的第一奖励通道的奖励区放有食物，用于进行动物社会利他性行为的测试。此测试是使用通过决策者focal训练和被动执行者recipient训练的动物进行的，由通过决策者focal训练的动物进行决策，进而控制通过被动执行者recipient训练的动物是否可以得到奖励区的的食物，来对动物是否具有利他性进行测试。

一种本发明的利用的动物行为训练、测试系统测试动物社会利他性的方法，包括以下步骤：

步骤一将经决策者focal训练的动物放置在左侧迷宫的进入通道入口门前，将经被动执行者recipient训练的动物放置在右侧迷宫的进入通道入口门前，打开两侧迷宫的进入通道入口门；

步骤二判断左侧迷宫的第一奖励通道入口门的开关传感器是否被触发，如果是，则进入步骤三；如果否，则判断左侧迷宫的第二奖励通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复步骤二，如果是，则进入步骤四；

步骤三打开两侧迷宫的第一奖励通道入口门，打开两侧迷宫的第一奖励通道内奖励区的led发光器，分别判断两侧奖励区内的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果被触发，则关闭相应侧迷宫的通道入口门、led发光器，打开相应侧第一奖励通道出口门，待两侧均被触发，进入步骤五；

步骤四打开两侧迷宫的第二奖励通道入口门，打开左侧迷宫的第二奖励通道内奖励区的led发光器，分别判断两侧奖励区内的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果被触发，则关闭相应侧迷宫的通道入口门、led发光器，打开相应侧第二奖励通道出口门，待两侧均被触发，进入步骤六；

步骤五分别判断两侧迷宫的第一奖励通道出口门的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭相应侧迷宫的第一奖励区入口门，待两侧均被触发后判断两侧迷宫的通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭相应侧迷宫的第一奖励通道出口门，待两侧均被触发后，进入步骤七；

步骤六判断两侧迷宫的第二奖励通道出口门的检测传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭两侧迷宫的第二奖励区入口门，判断两侧迷宫的通道入口门的开关传感器是否被触发，如果否，则重复进行判断；如果是，则关闭两侧迷宫的第二奖励通道出口门；进入步骤七；

步骤七延时后返回步骤一，打开两侧迷宫的进入通道入口门；或将分析控制模块记录的决策者、被动执行者分别在第一、第二奖励通道的选择情况数据存储在数据存储模块内，结束。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。