一种用于活体动物体感机械力刺激系统的制作方法

本发明属于活体机械力刺激技术领域，具体为一种用于活体动物体感机械力刺激系统。

背景技术：

在神经系统的研究之中，体感神经系统是一个重要的研究领域，其处理的信息包括了触觉、压觉、温觉、痛觉和本体感觉等多种感觉信息，其中，机械力刺激在体感神经系统中的所诱发的反应多年以来一直是体感系统的研究重点。通过对于机械力刺激所诱发的神经反应可以了解到机械力在体感系统的信息处理过程和机制，可以加深对于体感神经系统甚至感觉神经系统的了解和认识，无论是在基础科学研究、医学或者工程学中都有重要的理论价值和实用意义。

然而，在研究体感神经系统中，传统的机械力刺激方法普遍刺激力度和时间的控制不够精确，速度不均一，稳定性差，自动化程度低等缺陷。而这些问题都严重影响了机械力刺激的相关研究结果，造成实验者时间和精力在实验过程中的浪费，实验数据波动严重，实验结论可信度较低等后果。因此，本发明提出的活体动物体感机械力刺激系统实现了机械力刺激的自动化控制，操作简单，刺激时间和强度控制精确，稳定性好，使用方便，扩展性强且价格低廉，具有很好的实用性和推广性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种成本较低、扩展性强的用于活体动物体感机械力刺激系统。

本发明提供的用于活体动物体感机械力刺激系统，包括：电脑，数据采集卡，直流稳压电源，直流继电器，机械力刺激装置；机械力刺激装置包括：直流推拉式电磁铁，机械力检测笔，三维平移台，固定配件若干。其结构如图1和图2所示。其中，所述三维平移台由x轴平移台、y轴平移台和z轴升降台组合构成，三维平移台可以在空间三维中进行移动；直流推拉式电磁铁固定于三维平移台的z轴升降台上，机械力检测笔通过固定杆和固定螺丝与电磁铁轴成固定连接；机械力检测笔的前端部为机械力刺激纤毛；电脑、数据采集卡、直流稳压电源、直流继电器以及机械力刺激装置之间通过电源线及导线相连；电脑和数据采集卡通过usb数据线连接；通过电脑端的数据采集卡驱动程序控制数据采集卡在两个数字输出口分别输出数字信号“1”和“0”（或“0”和“0”），以产生5v（或0v）电压，以分别控制直流继电器开（或闭）；两个数字信号分别接入直流继电器（控制电压为5v）的输入回路的输入端和输出端。直流继电器的输出端串联于一个可提供12v电压的直流稳压电源和直流推拉式电磁铁电路中，从而，直流继电器的开（或闭）将引起推拉式电磁铁的拉（或推），产生沿轴向的一定距离的直线运动，使得固定在电磁铁轴上的机械力检测笔及刺激纤毛向后（或向前）运动，从而对前端的刺激位点产生机械力刺激。

本系统中，所述直流推拉式电磁铁与直流稳压电源以及继电器适配，即后二者的输出电压和电流参数与推拉式电磁铁相匹配。

产生机械力刺激的距离和速度取决于直流推拉式电磁铁的具体参数，根据实际情况可进行调换。

本系统中，所述电磁铁的轴直径和检测笔的直径的尺寸大小匹配；机械力检测笔通过符合电磁铁轴尺寸和检测笔杆尺寸的固定杆和相应的螺丝固定；使用中，可根据实际情况更换不同尺寸的电磁铁和检测笔，并调换不同的固定杆进行固定。

为了更为精确地控制推拉式电磁铁的刺激位点，将直流推拉式电磁铁通过螺丝固定于光学平台中的三维平移台上，包括x轴平移台，y轴平移台和z轴升降台。在刺激实验中，三维平移台可以在空间三维中进行移动，从而精确调节机械力刺激纤毛的空间位置。

由于在实际的科学研究之中，接受刺激的实验体的区域和大小往往不同，因此，本机械力刺激系统中，所涉及到的直流推拉式电磁铁，直流稳压电源，直流继电器，是由实验体的区域和大小所决定的。根据实验体的区域和大小不同，需要选择不同强度和速度的直流推拉式电磁铁，从而需要相应的直流稳压电源和直流继电器。通过选择不同的上述设备，可用于各种活体动物的机械力刺激研究。另外，由于实验需求的不同，需要选择不同机械力度的机械力检测笔进行刺激，本机械力刺激系统中，所涉及到的机械力检测笔，可以根据实验需求的不同，安装不同机械力强度的机械力检测笔进行刺激，从而实现不同机械力强度的刺激。

本机械力刺激系统与现有的机械力刺激系统相比，通过固定于推拉式电磁铁的可更换的机械力检测笔，可以使机械力刺激的强度更为精确，同时，机械力检测笔的固定装置使得机械力刺激纤毛的更换更为方便，从而不同机械力的刺激使用更为方便；通过使用电脑控制的数据采集卡，可以实现机械力刺激在时间上的精确控制以及自动化编程操作；使用三位平移台使得可以精确微调机械力刺激纤毛的刺激位置。

在动物体感的相关研究中，需要对于机械力刺激的强度和时间进行精准控制，并需要同步配合信号采集系统进行刺激。通过多次活体动物脑部成像实验表明，本刺激系统配合内源性信号光学成像系统，可以获得稳定的脑体感皮层特异性反应，其稳定性与适用性均达到科研要求；而且，系统成本低廉，结构简单，使用方便，时间精度高，可进行刺激的编程控制，可广泛应用于体感神经系统的研究领域，如用于各种鼠、猫、猴等活体动物的体感的研究。

附图说明

图1是活体动物体感机械力刺激系统结构图示。

图2是机械力刺激装置结构图示。

图中标号：1为电脑，2为数据采集卡，3为直流继电器，4为直流稳压电源，5为机械力刺激装置，6为刺激位点；7为x轴平移台，8为y轴平移台，9为z轴升降台，10为三维平移台，11为直流推拉式电磁铁，12为固定杆，13为固定螺丝，14为机械力检测笔，15为机械力刺激纤毛。

具体实施方式

下面通过图1和图2对活体动物体感机械力刺激系统作进一步的说明。

该系统包括（见图1）：电脑1，数据采集卡2，直流继电器3，直流稳压电源4，机械力刺激装置5，其中，机械力刺激装置包括（见图2）：x轴平移台7、y轴平移台8、z轴升降台9（三者组成三维平移台10），直流推拉式电磁铁11，固定杆12，固定螺丝13，机械力检测笔14，机械力刺激纤毛15。

该系统中，所述的直流推拉式电磁铁，直流稳压电源，直流继电器，是由实验体的区域和大小所决定的，通过选择不同强度和速度的直流推拉式电磁铁，从而需要相应的直流稳压电源和直流继电器，可以对于区域和大小不同的实验体进行机械力刺激。而本发明中，所述的机械力检测笔，是由实验需求所决定的，通过选择不同机械力度的机械力检测笔进行刺激，从而实现不同机械力强度的精确刺激。

该系统使用前，对于系统进行组装和调试。一、组装系统：按照要求，将各设备进行连线，确保电子信号通讯正常，以及各设备的电流和电压稳定；二、安装相应的软件程序：在电脑终端安装数据采集卡的驱动程序和可对数据采集卡进行控制的编程软件；三、调试机械刺激装置：将机械力刺激笔固定于直流推拉式电磁铁的固定平台上，通过调整三维平移台，将机械力刺激笔的刺激纤毛对准实验体的刺激区域，并且，调整纤毛至实验体的刺激区域之间的距离，使进行机械力刺激时纤毛的弯曲程度适中。

使用该系统时，首先，接通直流稳压电源，随后，使用电脑终端的编程软件，控制数据采集卡的输出数字信号“0”和“0”（或“1”和“0”），来控制直流继电器的“断开”或“接通”，从而“断开”或“接通”直流推拉式电磁铁的供电，使其“远离”或“靠近”，最终实现固定于推拉杆上的机械力刺激纤毛对实验体“停止”或“进行”机械力刺激。

例如，要实现刺激频率为1hz的5g的机械力刺激，每次刺激的刺激时长为0.6s，间隔时长为0.4s，共1min机械力刺激，则需要在直流推拉式电磁铁上固定和安装机械力强度为5g的机械力检测笔，然后，通过调整三维平移台，将刺激纤毛调整于刺激位点的正前方，之间距离略小于直流推拉式电磁铁进程（约5mm即可）。然后，编写位于电脑端的编程脚本，控制数据采集卡的两个端口输出数字信号“0”和“0”，计时0.6s，随后输出“1”和“0”，计时0.4s，该刺激循环60次，即可。

本发明提供了一种用于活体动物体感机械力刺激系统，具体实现该方案的思路和方法很多，应当指出，对于本领域的技术人员,在不脱离本方案原理的前提下,可以做出很多改进，这些改进被视为本发明的保护范围。