一种智能大小鼠强迫游泳装置

1.本发明涉及动物行为学实验设备技术领域，具体涉及一种智能大小鼠强迫游泳装置。


背景技术：

2.强迫游泳实验(forced swimming test,fst)通过将实验动物置于一个局限的环境中(如水中)，动物在该环境中拼命挣扎试图逃跑又无法逃脱，从而提供了一个无可回避的压迫环境，一段时间的实验后，动物即表现出典型的“悬浮不动状态”，反映了一种被称之为“行为绝望的状态”，记录处于该环境的动物产生行为绝望的状态过程中的一系列参数。强迫游泳实验系统适用于大鼠、小鼠或其他实验室动物，作为一种被广泛使用的动物行为学范式，常用来建立抑郁动物模型或对动物抑郁状态进行评价，在研究神经精神性疾病的机制及相关药效评价中起着十分重要的作用，如用于抗抑郁、镇静以及止痛类药物的硏发。现在常用的强迫游泳实验设备为一有机玻璃圆柱桶，向其中注入一定量的温水后将动物放入，利用摄像头记录动物的游泳状态，并运用相关软件进行分析。然而在实际操作中，现有的实验方法会出现众多问题，具体表现为：
3.1.有机玻璃桶高度透明，而现在主流的强迫游泳分析软件的原理是利用动物毛色与背景的反差来实现数据的采集及分析。许多实验室采用黑色或者白色壁纸贴于玻璃桶后，这种方法不仅操作繁琐，需要根据动物毛色反复更换壁纸，不便于玻璃桶的清理，而且会受房间灯光、人员移动的影响，产生反光影响数据采集和分析。
4.2.传统的视频采集是将摄像头固定于三脚架上置于玻璃桶前，这种方法在每次实验前都需要进行多次调试使得玻璃桶中的动物位于摄像头采集范围中央，并且在人员移动时易碰触到摄像头，还需进行再次调试，费时费力。
5.3.现在大部分仪器都为单通道，只能在同一时间对一只动物进行测试；而多通道的设备存在操作繁琐，跟踪不准确，无法同时开始/暂停等问题，降低了实验效率。
6.4.鉴于动物实验的特殊性，各种无关变量都需要严格控制，否则极易导致实验数据不准确。所以对各项实验参数的整体一致性有着很高的要求。现有的实验设备由人工进行注水，水温及水平面高度很难做到一致，很容易产生前后测试的动物组之间产生因无关变量而引起的差异，影响实验结果；且强迫游泳实验中水温对动物行为的影响较大，然而实验测试的时间较长，水温不可避免的会下降，同一批次测试的各通道的水温难以保持一致，这种误差对实验结果的影响难以估量，甚至会因此使实验与原本目的背道而驰，前功尽弃。
7.5.以往的仪器设备在实验后，需要人工打捞动物，而动物在水中觉察到陌生物体接近时，会本能的产生应激反应进行攻击，极易咬伤、抓伤实验人员；且在实验过程中，若动物出现力竭现象而未能及时打捞，则会导致动物溺水死亡，影响实验的继续进行。
8.6.实验动物捞出后若未能进行及时的保温和清理烘干，很容易感冒并导致死亡；用毛巾擦拭后，动物身上残留的水分会导致垫料潮湿，也易导致动物生病并影响同组动物，且不符合动物福利的要求。
9.7.实验结束后，需要人工打捞桶内粪便，倾倒废水，并多次注水清洁桶壁，费时费力,且在过程中极易溅出废水，不仅会污染实验室环境，而且易造成人员滑倒或设备故障等安全隐患。


技术实现要素：

10.本发明提出了一种智能大小鼠强迫游泳装置，目的是解决现有技术中存在的问题。
11.为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
12.一种智能大小鼠强迫游泳装置，包括计算机、控制器以及若干强迫游泳单元，所述的控制器与电源电性连接，所述的计算机配置为对控制器的操作进行控制，并通过导线与控制器电路连接，所述的控制器配置为对若干强迫游泳单元进行控制，任一强迫游泳单元均包括透明游泳容器、套设在透明游泳容器外侧的壳体，所述的透明游泳容器内设有恒温调节机构及可升降滤网，在透明游泳容器的上方设有清洁供水机构，所述的壳体的前端设有透明观察窗，与透明观察窗相对的壳体内表面设有电子显示板，所述的透明游泳容器设于透明观察窗和电子显示板之间，所述的壳体内还设有烘干机构，在壳体的底部设有与透明游泳容器底部连通的排水管，所述的排水管连接有污水净化器，经过净化的水通过排出管排出，与透明观察窗相对的壳体外侧还设有可移动的数字摄像机。
13.优选的，所述的计算机设有实验操作模块，所述的控制器通过导线与电子显示板电路连接，所述的实验操作模块设有大小鼠品种信息输入窗口，实验操作模块根据大小鼠的体型大小和毛色自动配置电子显示板的背景色及光亮强度。
14.优选的，所述的透明游泳容器的底部下表面设有第一支撑脚，在壳体的底部下表面边缘设有多个第二支撑脚，在排水管两侧的壳体的底部下表面还沿前后方向分别设有直线导轨，在2个直线导轨内滑动连接有u形板，所述的u形板的2个自由端分别与2个直线导轨滑动连接，另一端沿纵向固定连接有安装板，所述的安装板的后端面左右侧沿纵向分别设有直线滑轨，在2个直线滑轨之间滑动连接有滑块，所述的安装板的后端面上下端分别设有顶板和底板，所述的顶板和底板之间转动连接有沿纵向设置的丝杠，所述的丝杠贯穿滑块，并与滑块螺纹连接，所述的丝杠的底端贯穿底板的下表面，在底板的下表面还固定设有电机，所述的电机的输出轴的端部与丝杠的底端固定连接，所述的数字摄像机可拆卸固定连接于滑块的后端面，并与透明观察窗相对，所述的电机及数字摄像机分别通过导线与控制器电路连接，所述的实验操作模块设有数字摄像机升降调节按钮。
15.优选的，所述的透明游泳容器为上端敞口的圆柱形结构，在透明游泳容器的底端外缘设有环形支撑板，所述的可升降滤网包括圆形的金属滤网、固定连接于金属滤网外周且与金属滤网同轴的环形连接板，所述的环形连接板的侧壁外表面与透明游泳容器的侧壁内表面滑动连接，在透明游泳容器两侧的环形支撑板上表面还分别设有第一电动推杆，与第一电动推杆邻近的环形连接板上端面还设有拉杆，所述的拉杆的顶端与邻近的第一电动推杆的顶端之间通过连接件固定连接，在第一电动推杆的带动下，拉杆拉动金属滤网沿透明游泳容器的内壁上升或下降，所述的控制器通过导线与第一电动推杆电路连接，所述的实验操作模块设有第一电动推杆升降幅度的设置窗口。
16.优选的，所述的恒温调节机构包括设于透明游泳容器内侧底部的第一加热棒及温
度传感器，所述的温度传感器通过导线与控制器信号连接，所述的控制器通过导线与第一加热棒电路连接，所述的实验操作模块设有水温设置窗口。
17.优选的，所述的壳体的顶端设有阶梯型开口，所述的清洁供水机构包括卡接在阶梯型开口内的负压仓，所述的负压仓的顶端连接有负压接管，并通过负压接管连接有负压机，所述的负压仓底端绕轴线均匀分布有多个第一可伸缩折叠软管，所述的第一可伸缩折叠软管的顶端与负压仓内部连通，在负压仓的一侧还设有进水接管，所述的进水接管的输出端贯穿负压仓的下端面，并通过第二可伸缩折叠软管连接有供水仓，所述的供水仓的上端面的中心处与负压仓的下端面中心处之间还连接有第二电动推杆，所述的第一可伸缩折叠软管的下端贯穿供水仓的下端面，并形成吸污口，所述的供水仓的侧壁上绕轴线均匀分布有若干出水孔，所述的进水接管通过三通接头分别连接有普通净水管及高压水源管，在普通净水管及高压水源管与三通接头的连接处分别设有第一电磁阀及第二电磁阀，所述的进水接管上设有流量泵，所述的第二电动推杆与供水仓之间还固定连接有摆动电机，所述的摆动电机的电机壳顶端与第二电动推杆的活塞杆端部固定连接，摆动电机的输出轴端部与供水仓的上表面固定连接；所述的控制器分别通过导线与第二电动推杆、第一电磁阀、第二电磁阀、负压机、摆动电机及流量泵电路连接，所述的实验操作模块设有液面高度输入窗口，所述的透明游泳容器的侧壁内表面还设有液位传感器，所述的液位传感器与控制器通过导线信号连接。
18.优选的，所述的透明游泳容器底部的中心处设有排水孔，所述的排水孔与排水管的顶端连接，所述的排水管的底端贯穿壳体的底部下表面，并与污水净化器的输入端连接，所述的污水净化器的输出端连接有排出管，所述的排水管内设有第三电磁阀，所述的第三电磁阀通过导线与控制器电路连接。
19.优选的，所述的供水仓的上端分别设有用以连接第一可伸缩折叠软管第一接头和用以连接第二可伸缩折叠软管的第二接头，所述的第一接头内设有第四电磁阀，所述的第二接头内设有第五电磁阀。
20.优选的，所述的烘干机构包括相对开设于壳体的2个侧壁上部的通风孔、固定设于通风孔内的排气扇、设于壳体侧壁内表面的第二加热棒，所述的第二加热棒通过导线与控制器电路连接，2个排气扇的吹风方向相同，并在2个排气扇之间构成气流通路。
21.优选的，所述的u形板底端还设有万向轮，所述的万向轮的底端与第二支撑脚底端齐平。
22.本发明一种智能大小鼠强迫游泳装置的有益效果为：本发明实现了大小鼠强迫游泳的智能化实验操作，且可对多个通道同时进行实验，并统一控制实验条件，使大小鼠在同一水温，同一水深的环境下游泳，从而有效提高了实验数据的准确性，实验结束后或大小鼠力竭溺水时，可及时将大小鼠托出水面，并通过烘干机构烘干，避免了大小鼠生病或死亡，通过清洁供水机构还可直接将大小鼠的粪便清除，并对透明游泳容器内部进行彻底清洁，通过电子显示板可为实验环境提供更好的背景色及亮度，通过可移动的数字摄像头获取更佳的拍摄位置，从而确保了实验质量。
附图说明
23.图1、本发明去除透明观察窗后的局部剖视结构示意图；
24.图2、本发明去除透明观察窗后的正视图(供水仓收缩状态)；
25.图3、本发明设有透明观察窗后的正视图；
26.图4、本发明设有安装板后的正视图；
27.图5、本发明设有安装板后的侧视图；
28.图6、本发明安装板的后视图；
29.图7、本发明供水仓的仰视图；
30.1、壳体；2、透明游泳容器；3、可升降滤网；4、环形连接板；5、透明游泳容器底板；6、第一加热棒；7、温度传感器；8、排水孔；9、排水管；10、污水净化器；11、排出管；12、第一支撑脚；13、第二支撑脚；14、第一电动推杆；15、拉杆；16、连接件；17、通风孔；18、排气扇；19、第二加热棒；20、电子显示板；21、负压仓；22、负压接管；23、第二电动推杆；24、摆动电机；25、供水仓；26、进水接管；27、出水孔；28、第一可伸缩折叠软管；29、第二可伸缩折叠软管；30、第一接头；31、直线导轨；32、透明观察窗；33、安装板；331、直线滑轨；332、顶板；333、底板；334、丝杠；335、第一轴承；336、第二轴承；34、万向轮；35、电机；36、滑块；37、u形板；38、数字摄像机；39、阶梯型开口；40、吸污口。
具体实施方式
31.以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
32.本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.在最开始的实施例中，本发明一种智能大小鼠强迫游泳装置，如图1
‑
7所示，包括计算机(图中未画出)、控制器(图中未画出)以及若干强迫游泳单元，所述的控制器与电源(图中未画出)电性连接，所述的计算机配置为对控制器的操作进行控制，并通过导线与控制器电路连接，所述的控制器配置为对若干强迫游泳单元进行控制，任一强迫游泳单元均包括透明游泳容器2、套设在透明游泳容器外侧的壳体1，所述的透明游泳容器2内设有恒温调节机构及可升降滤网3，在透明游泳容器2的上方设有清洁供水机构，所述的壳体1的前端设有透明观察窗32，与透明观察窗32相对的壳体内表面设有电子显示板20，所述的透明游泳容器2设于透明观察窗32和电子显示板20之间，所述的壳体1内还设有烘干机构，在壳体的底部设有与透明游泳容器2底部连通的排水管9，所述的排水管9连接有污水净化器10，经过净化的水通过排出管11排出，与透明观察窗32相对的壳体外侧还设有可移动的数字摄像机38。
34.本实施例中，通过算机(图中未画出)、控制器(图中未画出)以及若干强迫游泳单元使本发明能够实现多通道的强迫游泳实验，通过一台计算机同时操控多个实验，不但有利于控制实验的全过程，还可以极大提高实验效率，通过多个实验的实时对比，还有利于对实验数据的分析以及实验现象的观察。
35.在进一步的实施例中，所述的计算机设有实验操作模块(图中未画出)，所述的控
制器通过导线与电子显示板20电路连接，所述的实验操作模块设有大小鼠品种信息输入窗口(图中未画出)，实验操作模块根据大小鼠的体型大小和毛色自动配置电子显示板20的背景色及光亮强度。
36.通常为了数据采集的方便，现有技术中总是用黑纸或者白纸贴在透明游泳容器上，不但清理不便，而且容易受到外界环境的干扰，影响到实验结果的准确性，本实施例中，通过设置电子显示板20既可以随意调节背景色，还可调节电子显示板20的亮度，使数字摄像机的采集效果显著提高。通过预设在实验操作模块内的深度学习模块还可以通过不断地自我学习获得最佳的背景色及亮度方案。
37.在进一步的实施例中，如图1、2、4、5、6所示，所述的透明游泳容器的底部下表面设有第一支撑脚12，在壳体1的底部下表面边缘设有多个第二支撑脚13，在排水管9两侧的壳体1的底部下表面还沿前后方向分别设有直线导轨31，在2个直线导轨31内滑动连接有u形板37，所述的u形板37的2个自由端分别与2个直线导轨31滑动连接，另一端沿纵向固定连接有安装板33，所述的安装板33的后端面左右侧沿纵向分别设有直线滑轨331，在2个直线滑轨331之间滑动连接有滑块36，所述的安装板33的后端面上下端分别设有顶板332和底板333，所述的顶板332和底板333之间转动连接有沿纵向设置的丝杠334，所述的丝杠334贯穿滑块36，并与滑块36螺纹连接，所述的丝杠334的底端贯穿底板333的下表面，在底板333的下表面还固定设有电机35，所述的电机35的输出轴的端部与丝杠的底端固定连接，所述的数字摄像机38可拆卸固定连接于滑块的后端面，并与透明观察窗相对，所述的电机及数字摄像机分别通过导线与控制器电路连接，所述的实验操作模块设有数字摄像机升降调节按钮。
38.本实施例中，数字摄像机38可沿直线滑轨上下移动，通过自动调节的方式获得最佳拍摄位置，不但可以简化操作程序，还可通过预设程序获得更好的拍摄效果，其具体原理是电机转动时丝杠跟随转动，丝杠转动时带动滑块向上或向下移动，实施中可通过实验操作模块内的对比模块挑选出最佳的拍摄位置。
39.在进一步的实施例中，如图1所示，所述的透明游泳容器2为上端敞口的圆柱形结构，在透明游泳容器2的底端外缘设有环形支撑板，所述的可升降滤网3包括圆形的金属滤网、固定连接于金属滤网外周且与金属滤网同轴的环形连接板4，所述的环形连接板的侧壁外表面与透明游泳容器的侧壁内表面滑动连接，在透明游泳容器两侧的环形支撑板上表面还分别设有第一电动推杆14，与第一电动推杆邻近的环形连接板4上端面还设有拉杆15，所述的拉杆15的顶端与邻近的第一电动推杆14的顶端之间通过连接件16固定连接，在第一电动推杆14的带动下，拉杆15拉动金属滤网沿透明游泳容器的内壁上升或下降，所述的控制器通过导线与第一电动推杆电路连接，所述的实验操作模块设有第一电动推杆升降幅度的设置窗口。
40.本实施例中，可通过第一电动推杆带动金属滤网上升或下降，从而控制大小鼠的实验状态，即金属滤网向下没入水面，大小鼠进入游泳状态，向上升起时，则将大小鼠托出水面，防止大小鼠力竭溺水或者用于实验结束时将大小鼠升高。在实验操作模块中还设有大小鼠力竭报警模块，当数字摄像机拍摄的视频信息被检测为力竭状态时，实验操作模块自动发出指令，通过控制器控制第一电动推杆将大小鼠捞出；本实施例涉及的连接件16可以是通过磁力吸附的连接方式或者通过螺接、卡接的方式连接。
41.在进一步的实施例中，如图1所示，所述的恒温调节机构包括设于透明游泳容器内侧底部的第一加热棒6及温度传感器7，所述的温度传感器7通过导线与控制器信号连接，所述的控制器通过导线与第一加热棒6电路连接，所述的实验操作模块设有水温设置窗口。
42.本实施例的目的是使游泳用水保持恒温状态，从而使各个通道的实验动物在同样的水温环境下进行实验，有利于提高实验数据的精确度。
43.在进一步的实施例中，如图1、5所示，所述的壳体1的顶端设有阶梯型开口39，所述的清洁供水机构包括卡接在阶梯型开口39内的负压仓21，所述的负压仓21的顶端连接有负压接管22，并通过负压接管22连接有负压机(图中未画出)，所述的负压仓21底端绕轴线均匀分布有多个第一可伸缩折叠软管28，所述的第一可伸缩折叠软管28的顶端与负压仓21内部连通，在负压仓21的一侧还设有进水接管26，所述的进水接管26的输出端贯穿负压仓的下端面，并通过第二可伸缩折叠软管29连接有供水仓25，所述的供水仓25的上端面的中心处与负压仓21的下端面中心处之间还连接有第二电动推杆23，所述的第一可伸缩折叠软管28的下端贯穿供水仓25的下端面，并形成吸污口40，所述的供水仓25的侧壁上绕轴线均匀分布有若干出水孔27，所述的进水接管26通过三通接头分别连接有普通净水管及高压水源管，在普通净水管及高压水源管与三通接头的连接处分别设有第一电磁阀及第二电磁阀，所述的进水接管上设有流量泵(图中未画出)，所述的第二电动推杆与供水仓之间还固定连接有摆动电机，所述的摆动电机的电机壳顶端与第二电动推杆的活塞杆端部固定连接，摆动电机的输出轴端部与供水仓的上表面固定连接；所述的控制器分别通过导线与第二电动推杆23、第一电磁阀、第二电磁阀、负压机、摆动电机及流量泵电路连接，所述的实验操作模块设有液面高度输入窗口，所述的透明游泳容器的侧壁内表面还设有液位传感器(图中未画出)，所述的液位传感器与控制器通过导线信号连接。
44.本实施例中，当需要向透明游泳容器内的加水时，则通过普通净水管加水，水流无压力的流入透明游泳容器内，当需要对透明游泳容器进行清洗时，则通过高压水源管供水，同时通过第二电动推杆将供水仓落入透明游泳容器内，启动高压水源管和流量泵，将高压水导入供水仓25，通过出水孔27喷出的水流对透明游泳容器内壁进行清洗，清洗的同时摆动电机在一定幅度内来回转动，促使高压水流对透明游泳容器的内壁全面清洗；而当需要收集金属滤网上的大小鼠粪便时，则通过第二电动推杆将供水仓下移至底端与金属滤网接近，此时启动负压机，从吸污口40将粪便吸入负压仓21内，作为常用设置，负压接管22内应设滤网，且负压仓应可拆卸，方便仓内的粪便清理。
45.本实施例通过液位传感器可有效控制游泳用水液面的高度，使各通道的大小鼠处于同样的实验环境，有利于实验结果的准确性。
46.在进一步的实施例中，如图1、2所示，所述的透明游泳容器底部的中心处设有排水孔8，所述的排水孔8与排水管9的顶端连接，所述的排水管9的底端贯穿壳体1的底部下表面，并与污水净化器10的输入端连接，所述的污水净化器10的输出端连接有排出管11，所述的排水管9内设有第三电磁阀(图中未画出)，所述的第三电磁阀通过导线与控制器电路连接。
47.本实施例中，通过设置第三电磁阀可使排污过程自动化进行。
48.在进一步的实施例中，如图1、2所示，所述的供水仓的上端分别设有用以连接第一可伸缩折叠软管28第一接头30和用以连接第二可伸缩折叠软管29的第二接头，所述的第一
接头30内设有第四电磁阀(图中未画出)，所述的第二接头内设有第五电磁阀(图中未画出)。
49.本实施例中，通过及时关闭第四电磁阀，可避免粪便落回到水内，通过控制第五电磁阀，可控制向供水仓内供水。
50.在进一步的实施例中，如图1、2所示，所述的烘干机构包括相对开设于壳体1的2个侧壁上部的通风孔17、固定设于通风孔17内的排气扇18、设于壳体1侧壁内表面的第二加热棒19，所述的第二加热棒19通过导线与控制器电路连接，2个排气扇18的吹风方向相同，并在2个排气扇18之间构成气流通路。
51.本实施例中，大小鼠实验完毕或者中途捞出后，会通过第一电动推杆在金属滤网的托举下升高至指定位置，这时候，启动第二加热棒，对壳体内的空气进行加热，加热后，启动排气扇18不断将空气沿同一方向排出，同时外界的空气也进入壳体内，使大小鼠的毛发迅速烘干，防止大小鼠生病。烘干后，可通过阶梯型开口39将大小鼠取出。
52.在进一步的实施例中，如图4、5所示，所述的u形板37底端还设有万向轮，所述的万向轮的底端与第二支撑脚13底端齐平。实验完毕后，取下数字摄像机，将u形板37插入直线导轨内，此时安装板33与壳体侧壁贴合。
53.本发明的使用原理：
54.实验开始前：
55.1.实验人员先取出设备，拉开u形板，并将数字摄像头安装在滑块上；
56.2.根据实验的动物大小(大、小鼠)选择合适的透明游泳容器及可升降滤网3，将拉杆顶端与第一电动推杆顶端连接，将排水管从壳体底部拉出；(透明观察窗可选择可拆卸模式或门形模式，方便透明游泳容器的放入或拿出)
57.3.将进水接管连接好普通净水管和高压水源管，排水管连接污水净化器；各个通道均如此连接好。
58.4.连接好后，通过实验操作模块设置相关参数，系统自动生成最佳的电子显示板的背景色及亮度，并设置最佳的数字摄像机的拍摄高度，统一设置各个通道同一水温，同一游泳水深度；并使相关水温和水深达到设定指标。
59.5.检查各部件准备无误后，实验人员通过实验操作模块点击开始，同时实验人员将动物放入，当摄像头检测到动物入水时，录像及计时自动开始；在此过程中，大、小鼠进行强迫游泳，水温保持恒定。
60.6.实验结束后，实验人员通过实验操作模块点击结束，数据自动保存至电脑及指定的备份区，以防数据丢失，第一电动推杆缓慢上升，金属滤网将大、小鼠托起；同时排水管的第三电磁阀打开，污水经过污水净化器净化后排出；当第一电动推杆上升到近透明游泳容器顶端时，烘干机构启动，将大、小鼠毛发烘干；
61.7.实验人员将大、小鼠取出，放回笼中；此时供水仓下降，贴于金属过滤网将粪便通过吸污口吸至负压仓；然后第二电动推杆与第一电动推杆同时下降，高压水源管接通，出水孔在摆动下喷出高压水清洁透明游泳容器内壁，同时第三电磁阀开启，污水排至污水净化器，经过净化后排出，此清洁过程可根据设定重复多次。
62.8.全部实验结束后，实验人员通过实验操作模块点击复位，所有设备停止运行并归位；实验人员需倾倒负压仓中的粪便，取下连接进水接头的普通净水管和高压水源管，拆
下污水净化器，取下数字摄像头，并将u形板推进直线导轨内，最后退出实验操作模块。