一种建立焦虑动物模型的实验装置的制作方法

本发明涉及实验仪器技术领域，尤其涉及一种建立焦虑动物模型的实验装置。

背景技术：

在长期进化过程中，许多动物产生了“焦虑”这一情绪反应以应对外界压力刺激，这种情绪反应是与现实外界刺激的事实相适应的，有利于生物体动员自身的潜能和资源来应对现实的压力刺激。例如：当动物察觉到有捕食者出现的可能时，体内激素水平升高，肌肉收缩，随时准备逃跑。因此，程度适当的焦虑对个体有益，这种情绪反应会随着环境压力的消失而缓解，并提高对个体对特殊压力环境的适应性，但长期的焦虑则会产生反作用，情绪和机体生理反应会较长时间存在，可能会诱导精神疾病的产生。随着人类现代生活节奏的加快，日常生活无时无刻都存在各种刺激，包括工作和家庭的压力甚至是一些负面的新闻消息。在这些刺激的“轰炸”下，高生活压力的现代人群变得更易焦虑，而长期以往，焦虑会影响大脑的结果与功能，从而表现出精神状态紊乱，并诱发或加剧其他一系列的精神疾病，包括抑郁、精神分裂以及创伤后应激障碍等等。所以建立焦虑动物模型来探索焦虑反应对脑结构与脑功能的影响成为了人们研究的热点。

诱导动物产生焦虑的因素包括环境因素和个体因素。环境因素主要是外界的压力刺激，可以是很剧烈的短时刺激，也可以是长时程的慢性温和刺激。当外界压力刺激变得不可预测时，个体产生焦虑的可能性越大。而当压力刺激的强度进一步加大变得不可战胜时，就有可能诱导出“抑郁”这一情绪反应。个体因素主要是指个体对外界压力的敏感性，主要是受遗传以及发育关键期的经历影响。一般来说，对外界压力敏感的生物个体在长期不可预测的压力刺激非常容易产生病态性的焦虑情绪反应。

现有的建立动物焦虑模型的实验方案主要有两种：一种是用药物学方法或物理损伤改变脑结构，从而使大脑对焦虑的调节功能受损，但此类方法产生的后续影响较复杂；另一种是使动物面对长期压力刺激或短暂的强烈刺激，刺激的种类可单一或多种混合，最终产生基于自身经历后天习得的焦虑反应。比较成熟的实验范式有束缚，拥挤，强迫游泳，捕食者威胁，社交压力等等。这些单一范式的实施需要与其分别对应的实验装置，造成了实验室设备和空间资源的浪费。并且每次只能针对单只动物进行焦虑造模，需要实验工作人耗费大量宝贵时间。

也有试图利用比较简单的刺激来诱导焦虑反应，如申请号为200820154038.4的专利中优化设计了一种环境刺激控制电路，此电路可以提供0-2.5ma的电流刺激，0-130db的声音刺激以及0-45w的光刺激。申请号为201520126445.4的专利可将电流刺激、led灯产生的不同强度光刺激以及喇叭产生的噪声刺激混合，来诱导焦虑反应的产生。并且此方案使用可编程逻辑器产生随机数据来控制以上三种刺激的驱动，实现压力应激的不可预见性。

现有的用于环境压力刺激诱导动物产生焦虑反应的实验装置都存在一定的缺点。对于较单一的实验范式造模而言，如拥挤、捕食者威胁等，每一次实施都需要实验人员架设好相应的行为学设备；若需要多个范式混合使用时，需要的设备更多。而如今行为学实验多在屏障环境中进行，空间资源弥足珍贵，这一方案对实验室人力和空间资源都是极大的浪费。

对于利用单一刺激诱导焦虑反应这一技术而言，其主要缺点是单一的电、声、光刺激是人为产生的，不能真实地模仿自然界中的环境压力刺激。而自然环境中诱导动物产生焦虑的因素多为条件恶劣的生存环境，如潮湿、拥挤；或者有天敌或不可战胜的入侵者等的存在。所以这一方案建立的焦虑动物模型与自然环境中焦虑的动物相似度很难令人信服。另外，这些装置只能短时使用，单次实验结束后，动物仍需转移至饲养间，不能进行长期的实验。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种建立焦虑动物模型的实验装置，能够解决现有实验装置不能够进行长期实验的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种建立焦虑动物模型的实验装置，其包括箱体，所述箱体内设置有给养装置、控制系统和刺激源，其中，所述刺激源和控制系统电连接，并在控制系统的控制下工作。

作为上述建立焦虑动物模型的实验装置的一种优选方案，所述刺激源包括电刺激装置、声音刺激装置和水喷洒装置。

作为上述建立焦虑动物模型的实验装置的一种优选方案，所述电刺激装置包括设置在箱体底部的线圈，并且线圈与箱体的底部平面具有一定的间隙。

作为上述建立焦虑动物模型的实验装置的一种优选方案，所述箱体底部设置有垫料，且垫料的厚度可调。

作为上述建立焦虑动物模型的实验装置的一种优选方案，所述线圈盘绕形成多个矩形框。

作为上述建立焦虑动物模型的实验装置的一种优选方案，所述声音刺激装置包括设置在箱体内的语音播放器。

作为上述建立焦虑动物模型的实验装置的一种优选方案，所述水喷洒装置包括设置在箱体内的喷淋头，所述喷淋头通过管路与供水装置连接；

还包括控制阀，用于控制供水装置为喷淋头供水。

作为上述建立焦虑动物模型的实验装置的一种优选方案，所述给养装置包括设置在箱体内饲料笼子和饮水瓶；

所述饮水瓶包括饮水嘴，所述饮水嘴出水端设置有不锈钢球。

作为上述建立焦虑动物模型的实验装置的一种优选方案，所述给养装置还包括通风装置，所述通风装置包括与箱体连通的进风管道，所述进风管道内设置有过滤器。

作为上述建立焦虑动物模型的实验装置的一种优选方案，所述控制系统包括控制系统由单片机，控制电路和操作面板组成，操作面板包括定时开关302，刺激模式设定器，循环设定器和电源开关。

本发明的有益效果为：本发明通过在箱体内设置给养装置和刺激源，可以实现在同一位置实现动物的饲养和刺激实验，进而可以实现进行长期实验的目的；并且通过控制系统对刺激源的控制，实现一定程度的刺激自动驱动。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的建立焦虑动物模型的实验装置的原理示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的建立焦虑动物模型的实验装置的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式提供控面板的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的建立焦虑动物模型的实验装置的侧视图；

图5是本发明具体实施方式提供的建立焦虑动物模型的实验装置的俯视图。

101：控制系统；102：电刺激装置；103：声音刺激装置；104：水喷洒装置；105：喂养装置；106：通风装置；

301：操作面板；302：定时开关；303：刺激模式设定器；304：循环设定器；305：电源开关；306：线圈；307：语音播放器；308：喷淋头；309：电动球阀；310：饲料笼；311：饮水瓶；312：过滤器；313：sd卡；314：前隔板；315：后隔板；316：水管；317：饮水嘴。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1至图5所示，在本实施方式中，提供了一种建立焦虑动物模型的实验装置，其包括箱体，箱体内设置有给养装置、控制系统101和刺激源，其中，刺激源和控制系统101电连接，并在控制系统101的控制下工作。

本实施方式通过在箱体内设置给养装置和刺激源，可以实现在同一位置实现动物的饲养和刺激实验，进而可以实现进行长期实验的目的；并且通过控制系统101对刺激源的控制，实现一定程度的刺激自动驱动。

具体的参照图1，刺激源包括电刺激装置102、声音刺激装置103和水喷洒装置104，通过多个刺激源的设置，实验装置综合了拥挤、潮湿、捕食者威胁等多种环境压力刺激条件，建立更加可靠的焦虑动物模型。给养装置包括喂养装置105和通风装置106。系统可接220v市电进行供电，喂养装置105只需将饮水和粮食放置适当位置，动物可自行获得，不需要供电和控制。

参照图2、图4、图5，本实施方式还提供了一种实验装置的具体结构，整个实验装置基于市面上常见尺寸(330mm×205mm×180mm)的ivc大小鼠笼的箱体进行设计，箱体的尺寸为330mm×205mm×130mm。箱体内设置有前隔板314和后隔板315，前隔板314和后隔板315将箱体内空间分割呈前中后三区域，其中，控制系统101设置在前部区域内，给养装置主要设置在后部区域内，中间区域为大小鼠活动区域。参照图3，控制系统101由单片机，控制电路和操作面板301组成，操作面板301包括定时开关302，刺激模式设定器303，循环设定器304和电源开关305。通过定时开关302，刺激模式设定器303和循环设定器304可以对刺激模式、时间、顺序等信息进行设置，控制相应的电路产生刺激。

电刺激装置102包括设置在箱体底部的线圈306，并且线圈306与箱体的底部平面具有一定的间隙，同时，箱体底部设置有垫料，且垫料的厚度可调，通过垫料厚度的调整可以调整线圈下部的空间。声音刺激装置103包括设置在箱体内的语音播放器307。水喷洒装置104主要由喷淋头308和电动球阀309组成。给养装置包括喂养装置105和通风装置106，其中，喂养装置105由饲料笼310和饮水瓶311组成；通风装置106包括与箱体连通的进风管道，进风管道内设置有过滤器312，具体的进风管的出口端位于箱体的中间活动区域，并为大小鼠提供新鲜空气，其进口端动物房的通风设备连接。

整个造模过程中，动物放置在铺有垫料的笼底。对于控制系统101，由单片机控制整个系统，可通过改变定时开关302的拨片在表盘上的位置，以达到控制每天刺激装置给予刺激的时间段的目的；刺激模式设定器303可设置每次给予刺激的种类及顺序，界面上的数字对应给予刺激的顺序，使用‘+’或‘-’键在电刺激、声音刺激、潮湿刺激和无刺激四种类型中选择，默认每种刺激的时间为10min；循环设定器304可设定好的刺激模式循环运行的次数，设定次数不可超过定时开关打开的时间允许的次数，超出部分忽略；电源开关305控制整个装置的供电。运行时，单片机接受操作面板303设定的刺激模式、时间、顺序等信息，控制相应的电路产生刺激。

当单片机通过控制电路激活电刺激装置102时，线圈306通1ma恒流电，动物会因线圈的电击刺激而将行为范围限制在线圈以下，达到拥挤的效果，并且还可通过添加垫料的方式减小线圈以下空间。无电刺激时，动物可越过线圈306活动。线圈306材质为不锈钢，总体尺寸为20cm×20cm，里面有16个5cm×5cm的小方框，垫料的高度不应高于线圈306的高度。

对于声音刺激装置103，主要是由语音播放器307构成。该装置激活后可播放存储卡里的语音文件，存储卡是可插拔sd卡313，可自行下载存储造模动物天敌的声音并不定期更换，避免动物对某一种声音适应。扬声器位置高出笼底10cm，位于前隔板314后方。每次声音刺激的时间为10min，语音播放器会一直循环播放内存卡里的音频文件。整个箱体采用聚砜(psu)塑料制作，可用酸碱洗涤剂消毒。塑料盖与箱体结合处用胶圈密封，避免内部声音影响周围的动物。

对于水喷洒装置104，水喷洒装置104和饮水瓶311直接连接，由给水管道供水。具体的，喷淋头308通过管路与供水装置连接，此处的供水装置为饮水瓶311，饮水瓶311与下文所述的喂养装置105中饮水瓶311为同一个，饮水瓶311包括饮水嘴，饮水嘴的出水端设置有不锈钢球，饮水瓶311为密封容器，其进水端与供水管路连通，在供水管上设置有电动球阀309。当水喷洒装置104激活后可接通电动球阀309的控制电源，将水经水管316接口引入饮水瓶311中，水位上升至喷淋头308的高度后水压会使水从喷淋头308喷出，打湿动物的毛发，模拟潮湿环境。喷淋头308位置高出笼底10cm。饮水瓶311的饮水嘴顶部内置不锈钢球，水压会使不锈钢球将饮水嘴通道堵住，因此水只能从喷淋头308喷出。该装置激活的10min中，电动球阀309只在开始1min内将饮水瓶灌满，再将水从喷淋头308喷出，剩下时间水位降到喷淋头308以下，使每次喷水量控制在100ml以内，避免箱内水过多。此外，每2-3天应将吸水饱和的垫料更换成新鲜干燥的垫料。

动物可经喂养装置105获得饲料和饮水。饲料笼310可放置固体饲料，饲料笼310底部的高度为5cm，动物只需直立便可轻易获得。饮水嘴317顶部有不锈钢球，动物可通过舔动不锈钢球获得饮水，饮水瓶311与饲料笼310等高。整个造模过程中过滤器312会将装置内的气体过滤排出并通入新鲜空气，滤芯由硅胶和活性炭组成，主要是吸附空气中的水和氨。

为了对上述实验装置进行进一步的说明，本实施方式还提供了上述实验装置具体的实验流程：

1)更换新鲜垫料、饲料以及饮水，将动物放入该装置中，封闭并接入通风系统；

2)打开该装置的电源开关305，调节定时开关302设定每天给予刺激的时间，通过刺激模式设定器303和循环设定器304设定刺激模式；

3)每2-3天更换垫料，并更改定时开关302、刺激模式设定器303等，改变刺激的时间、种类以及顺序；

4)3-4周后将动物取出，利用行为学方法检测动物的焦虑水平。

需要说明的是：在本实施方式中提供的刺激源的具体结构形式只是为了对实验装置的工作过程进行说明，根据实际需要还可以有选择的增加或替换相应的刺激源，如本发明除了可以产生长期慢性刺激诱导焦虑反应，还可以用于恐惧、抑郁等实验研究。如果将电击线圈替换成更致密的栅栏结构使动物一直位于线圈上方，并增加各类刺激的强度和时间，此方案较易诱导出抑郁模型。

如果添加摄像头即可实时记录动物个体之间在应对外界压力刺激时行为的不同，以及其在整个造模过程中行为的变化，更加详细地了解这些刺激对动物行为的影响，为这些焦虑造模范式的可靠性提供更有力的证据。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。