一种代替水迷宫的蜂窝式电击迷宫装置及视频分析系统

1.本发明涉及动物实验装置技术领域，具体涉及一种代替水迷宫的蜂窝式电击迷宫装置及视频分析系统。


背景技术：

2.morris水迷宫是研究啮齿类动物学习记忆能力的经典实验，在动物行为学和神经生物学实验中，水迷宫常被用来检测动物的空间记忆能力，动物可以根据环境中的标记寻找水迷宫中站台的位置。
3.传统水迷宫实验装置及操作如下：水迷宫系统分为水迷宫装置和水迷宫图像自动采集与软件分析系统。迷宫直径1.0m，高度0.5m。迷宫分为4个象限，每个象限都贴有标志。水迷宫实验分为两部分，连续测试5天。第一部分为定位航行实验，测试4天，第二部分为空间探索实验，测试1天。将黑(或白)色素食用色粉放入水中，以隐藏平台，并令其摄像时与动物颜色保持鲜明对比，便于追踪。平台位于水面下0.8cm，水深21cm，定位于nw象限，水迷宫水温用加热棒保持恒温(22～24℃)。定位航行实验：每只小鼠训练4次/天，每次训练间隔15～20min。测试时每次以半随机方式选择入水点，实验者将小鼠以手托起，令其面向池壁，轻轻放入水中。每次训练中，小鼠60s内能寻找到平台、在平台上停留时间超过2s作为寻台成功标志，把小鼠从入水到寻台成功所用时间记为潜伏期。若小鼠60s内未能找到平台，则由实验者用手将其引导至平台，潜伏期记为60s。小鼠登上平台后，让其在平台上停留10s，以让其根据4个象限的参照物进行空间学习和记忆，并减少小鼠紧张。计算每天潜伏期平均值，以评价动物空间记忆的获得能力。空间探索实验：撤去平台，每只小鼠测试1次，时间为60s。选择se象限将小鼠面向池壁边缘轻放入水中，通过动物60s内穿过原平台位置的次数、原平台象限游程比率及时间比率(即动物原平台象限的游程及时间占总游程及总时间的比率)来评价动物的空间记忆能力。
4.现有的水迷宫实验装置，实验时需水量大，水温需提前加热至指定温度，还需保持恒定，出于实验清洁的角度还需时常换水，这样不仅水的温度不好控制，大大增加了实验时间，使得实验前期准备更加繁琐，降低了工作效率，而且耗水量大，对水资源造成了一定的浪费。在取放动物时需要耗费大量的人力物力，极易诱发因实验人员操作不规范导致的实验差错，如大小鼠入水方式应避免鼻尖先入水，防止动物呛水。
5.不是所有品系的大鼠或小鼠都善于游泳，比如小鼠由于基因库大，杂交率高，个体差异大，存在不上台或引导上台后再次入水的情况。大小鼠由于造模等因素不能进行水迷宫实验，如脑立体定位注射留针、多通道电生理实验、超微显微成像实验等的大小鼠，因头部固定有电极等原件，无法再进行水迷宫实验，严重限制了其对空间记忆能力的检测。
6.为降低实验人员劳动强度，提高实验效率，保障实验结果的准确性，扩大实验的应用范围，急需一种可代替morris水迷宫的迷宫装置。


技术实现要素：

7.本发明提供了一种代替水迷宫的蜂窝式电击迷宫装置及视频分析系统，目的是提供可代替morris水迷宫的迷宫装置，不再依赖于水，同时提供一种视频分析系统及使用方法，实现大小鼠的轨迹探查、时间探查、电击次数统计、电击时间统计的准确计算。
8.为达到上述目的，本发明技术方案为：
9.一种代替水迷宫的蜂窝式电击迷宫装置及视频分析系统，所述的蜂窝式电击迷宫装置包括迷宫、摄像机，所述的迷宫的上方设有摄像机，所述的迷宫由若干迷宫单元相互连接而成，相邻的迷宫单元之间通过外形具有差别的第一铁丝网和第二铁丝网隔开，第一铁丝网和第二铁丝网相互连接，并将迷宫单元围住，所述的第二铁丝网可供大鼠或小鼠钻过；所述的视频分析系统包括控制器、计算机、实验过程操作模块及视频分析模块，所述的摄像机通过导线与控制器电性连接，所述的控制器通过导线与计算机电性连接；所述的第一铁丝网通过导线与控制器电性连接，并可在大鼠或小鼠触碰第一铁丝网的时候释放安全范围内的电击刺激，所述的第一铁丝网和第二铁丝网之间通过绝缘体隔开，所述的迷宫内形成若干可供大鼠或小鼠沿着第二丝网穿行并抵达设有诱引物的迷宫单元的路径。
10.优选的，所述的第一铁丝网和第二铁丝网构成电击记忆参照物，其区别仅在于网孔的形状不同。
11.优选的，所述的蜂窝式电击迷宫装置还包括遮光筒，所述的遮光筒的底部设有底板，所述的遮光筒的内壁设有碳纤维电热板层，所述的碳纤维电热板层通过导线与控制器电性连接，所述的遮光筒内还设有温度传感器，所述的温度传感器通过导线与控制器信号连接；在遮光筒的外壁上设有若干s形的通气孔，遮光筒的顶端设有桶盖，所述的桶盖的下表面设有摄像机及补光灯，所述的补光灯通过导线与控制器电性连接，并可在控制器的作用下调节亮度，所述的遮光筒的内表面还设有漫反射涂层；以遮光筒的中心轴为参照，对应的东西南北四个方向的遮光筒内表面分别悬挂有形状及颜色具有差别的参照物，所述参照物用以使大鼠或小鼠形成空间记忆。
12.优选的，所述的迷宫单元为正六边形，相邻的迷宫单元通过共用的侧边相互连接，每个共用的侧边均设有第一铁丝网和第二铁丝网，所述的第一铁丝网通过贯穿底板的导线与控制器电性连接。
13.优选的，所述的遮光筒的外侧还固定连接有电动推杆，所述的电动推杆下方设有控制盒，所述的控制盒与遮光筒外表面固定连接，所述的电动推杆的固定端与控制盒顶端固定连接，伸缩端沿纵向向上延伸，并固定连接有l形连杆，所述的l形连杆的水平段端部与伸缩端连接，竖直段的端部与桶盖的顶端固定连接，所述的控制盒内设有控制器，所述的电动推杆通过导线与控制器电性连接。
14.优选的，所述的实验过程操作模块通过计算机运行，包括温度检测单元、计时单元、视频信息采集单元及存储单元，所述的实验过程操作模块通过存储单元与视频分析模块连接。
15.优选的，所述的视频分析模块包括视频分析子模块和查阅子模块，所述的视频分析子模块进行视频分析的方法包括如下步骤：首先对存储单元所记录的视频信息进行平滑处理，然后依据处理后的图像信息通过软件程序统计大鼠或小鼠的运动时间、轨迹、电击次数、电击总时间及最快找到食物的时间，并由此经过软件分析得到大鼠或小鼠的探查轨迹、
探查时间、探查方式、电击次数、电击时间的实验结果数据，并将该数据保存于存储模块；所述的查阅子模块设有实验结果数据查阅窗口及实验过程视频信息查阅窗口。
16.优选的，所述的摄像机为热成像摄像机，所述的第一铁丝网由纵横交叉的铁丝构成，其中位于上方的横向铁丝设有绝缘层。
17.本发明一种代替水迷宫的蜂窝式电击迷宫装置及视频分析系统的有益效果：本发明可代替morris水迷宫的迷宫装置，实验过程不再依赖于水，从而有效拓宽了水迷宫实验的适用范围，可针对各种品类的大小鼠或者造模中的大小鼠进行迷宫实验，使实验的研究范围更宽广，拓宽了研究领域；同时，本发明也降低了实验难度，节省了水源，可对大小鼠的探查轨迹、探查时间、探查方式、电击次数、电击时间的实验结果数据进行准确计算，提高了实验结果的有效性，并降低了实验人员的劳动量。
附图说明
18.图1、本发明遮光筒的垂向剖视结构示意图；
19.图2、本发明迷宫的局部结构示意图；
20.图3、本发明第一铁丝网和第二铁丝网的连接结构示意图；
21.图4、本发明遮光筒的正面结构示意图；
22.图5、本发明遮光筒的剖视结构示意图；
23.1、底板；2、遮光筒；3、迷宫；31、第一铁丝网；32、第二铁丝网；33、迷宫单元；34、绝缘体；4、通气孔；5、小鼠；6、诱引物；7、电动推杆；8、l形连杆；9、控制盒；10、桶盖；11、摄像机；12、补光灯；13、碳纤维电热板层。
具体实施方式
24.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。
25.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。
26.在最初的实施例中，一种代替水迷宫的蜂窝式电击迷宫装置及视频分析系统，依据大小鼠的体型尺寸差别，装置可分别设有2套，分别供大鼠或小鼠实验使用。如图1-5所示，所述的蜂窝式电击迷宫装置包括迷宫3、摄像机11，所述的迷宫3的上方设有摄像机11；迷宫3不依赖水，因此，克服了由于“不是所有品系的大鼠或小鼠都善于游泳，比如小鼠由于基因库大，杂交率高，个体差异大，存在不上台或引导上台后再次入水的情况，大小鼠由于造模等因素不能进行水迷宫实验”等难题，使各类大小鼠均可进行迷宫实验。
27.如图1、2所示，所述的迷宫3由若干迷宫单元33相互连接而成，相邻的迷宫单元33之间通过外形具有差别的第一铁丝网31和第二铁丝网32隔开，第一铁丝网和第二铁丝网相互连接，并将迷宫单元33围住，所述的第二铁丝网32可供小鼠钻过；所述的视频分析系统包括控制器、计算机、实验过程操作模块及视频分析模块，所述的摄像机通过导线与控制器电
性连接，所述的控制器通过导线与计算机电性连接；所述的第一铁丝网31通过导线与控制器电性连接，并可在小鼠触碰第一铁丝网的时候释放安全范围内的电击刺激，所述的第一铁丝网和第二铁丝网之间通过绝缘体34隔开，所述的迷宫3内形成若干可供小鼠沿着第二丝网穿行并抵达设有诱引物6的迷宫单元33的路径。使用时，各电器元件应连接电源，控制器通过调节第一铁丝网的电流使电刺激位于安全范围内。小鼠触碰第一铁丝网时，会受到电刺激，触碰第二铁丝网则不会受到电击，经过反复训练和空间记忆，小鼠学会只经过第二铁丝网到达诱引物6所在位置，实验人员根据小鼠经受电刺激的次数可判断小鼠对第一铁丝网的记忆程度。同时，小鼠可经由上述路径找到诱引物6，根据小鼠找到诱引物6的时间可判断小鼠是否通过替代性的水迷宫实验。其实验方法和评价指标可参考水迷宫实验的具体设置。
28.在进一步的实施例中，如图3所示，所述的第一铁丝网和第二铁丝网构成电击记忆参照物，其区别仅在于网孔的形状不同。小鼠根据网孔形状的差别辨别通往诱引物的路径，当小鼠具备这种能力时，会体现在探查方式的改变；同时也体现在探查时间的缩短。
29.在进一步的实施例中，如图4、5所示，所述的蜂窝式电击迷宫装置还包括遮光筒2，所述的遮光筒2的底部设有底板1，所述的遮光筒2的内壁设有碳纤维电热板层13，所述的碳纤维电热板层13通过导线与控制器电性连接，所述的遮光筒2内还设有温度传感器(图中未画出)，所述的温度传感器通过导线与控制器信号连接；在遮光筒的外壁上设有若干s形的通气孔4，遮光筒的顶端设有桶盖10，所述的桶盖10的下表面设有摄像机11及补光灯12，所述的补光灯12通过导线与控制器电性连接，并可在控制器的作用下调节亮度，所述的遮光筒2的内表面还设有漫反射涂层；以遮光筒的中心轴为参照，对应的东西南北四个方向的遮光筒内表面分别悬挂有形状及颜色具有差别的参照物，所述参照物用以使大鼠或小鼠形成空间记忆，比如4个参照物的形状及颜色可以为：红色正方形、蓝色圆形、绿色三角形及黄色月牙形。本实施例中，通过设置温度传感器及碳纤维电热板层，可对遮光筒2内进行恒温控制，从而使小鼠在稳定的恒温环境中参与实验，避免环境因素导致的误差。同时，设置了漫反射涂层和补光灯，可根据需要调节遮光筒内的亮度，使小鼠在安全的环境中进行实验，可进一步保障实验结果的有效性。其中s形的通气孔4既可以通风，同时又避免了遮光筒漏光，确保了遮光筒内光线均匀，从而有利于视频信息的采集。
30.在进一步的实施例中，如图1、2所示，所述的迷宫单元33为正六边形，相邻的迷宫单元通过共用的侧边相互连接，每个共用的侧边均设有第一铁丝网31和第二铁丝网32，所述的第一铁丝网31通过贯穿底板1的导线与控制器电性连接。
31.在进一步的实施例中，如图4、5所示，所述的遮光筒2的外侧还固定连接有电动推杆7，所述的电动推杆7下方设有控制盒，所述的控制盒与遮光筒外表面固定连接，所述的电动推杆7的固定端与控制盒顶端固定连接，伸缩端沿纵向向上延伸，并固定连接有l形连杆8，所述的l形连杆8的水平段端部与伸缩端连接，竖直段的端部与桶盖10的顶端固定连接，所述的控制盒内设有控制器，所述的电动推杆7通过导线与控制器电性连接。在控制器的控制下，桶盖可定时开启和关闭，关闭时保证了实验环境的稳定性，打开时，则可以更换小鼠。
32.在进一步的实施例中，所述的实验过程操作模块通过计算机运行，包括温度检测单元、计时单元、视频信息采集单元及存储单元，所述的实验过程操作模块通过存储单元与视频分析模块连接。在实验开始时，温度检测单元会检测遮光筒内的温度是否符合实验标
准；实验人员将小鼠放入遮光筒内的一个指定迷宫单元内，将诱引物(通常为鼠粮)放在另一个迷宫单元内，启动计时单元，电动推杆收缩，桶盖盖好，同时摄像机开始采集视频信息，相关的视频信息会自动存储在存储单元。在此过程中，温度传感器向控制器发送信号，控制器则通过调节碳纤维电热板的功率调控遮光筒内的温度维持恒定。同时，根据视频采集信息的清晰度，还可自动调节补光灯的亮度，以保障采集结果的有效性，实验到达指定时间后，打开桶盖，并结束视频采集，实验人员将小鼠取出。
33.在进一步的实施例中，所述的视频分析模块包括视频分析子模块和查阅子模块，所述的视频分析子模块进行视频分析的方法包括如下步骤：首先对存储单元所记录的视频信息进行平滑处理，然后依据处理后的图像信息通过软件程序统计小鼠的运动时间、轨迹、电击次数、电击总时间及最快找到食物的时间，并由此经过软件分析得到小鼠的探查轨迹、探查时间、探查方式、电击次数、电击时间的实验结果数据，并将该数据保存于存储模块；所述的查阅子模块设有实验结果数据查阅窗口及实验过程视频信息查阅窗口。
34.在进一步的实施例中，所述的摄像机为热成像摄像机，所述的第一铁丝网由纵横交叉的铁丝构成，其中位于上方的横向铁丝设有绝缘层。由于拍摄过程中，可能会导致第一铁丝网和第二铁丝网不容易区分，故设置了位于上方的横向铁丝设有绝缘层，通过绝缘层的设置可使上方的横向铁丝升温至安全范围内的一定温度，通过热成像可清晰辨别第一铁丝网和第二铁丝网，并进一步根据小鼠本身的热成像清晰辨别小鼠的探查轨迹、探查时间、探查方式、电击次数、电击时间等关键的实验结果数据，进一步提高了实验结果的有效性和准确性。