專利名稱：獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種動物實驗裝置，具體涉及一種獎賞性操作條件反射實時檢測分析
處理裝置。
背景技術：
獎賞性操作式條件反射是通過施加各種復雜的非條件刺激信號，如以不同顏色的燈光為誘導，以能引起獎賞效應的物質(食物、糖水和酒精)作為條件刺激信號，動物通過隨機發現、主動探索、獲得經驗，鞏固記憶并再現，最終使動物學會主動進行壓桿操作，形成獲得獎賞物質的條件反射。由于這種獎賞效應產生的行為學評價技術對動物的行為和心理傷害刺激小，可組合為多種復雜的信號任務，是國際醫學界作為認知功能行為學研究、益智藥物藥效評價主要的一種主要行為學測試方法。目前國外所使用的獎賞操作式條件反射測試儀，如Bioseb、Panlab、TSE公司開發的獎賞操作實驗設備均采用模塊化的設計，但沒有采用計算機視覺技術，測試過程中獲得的信號組合簡單、操作踏板單一，測試中獲取的數據信息僅能獲得踏板操作次數、獎賞獲得次數等，導致測試過程中獲取的用于評價學習記憶的指標較少，從而影響了測試結果的準確性。

發明內容
為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種施加引起獎賞效應的物質(食物、糖水和酒精)作為條件刺激信號`，以及不同顏色燈光為非條件刺激信號的各種復雜組合，從而使動物形成獎賞操作條件反射的獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置。該裝置可以檢測動物的對各種復雜條件下的學習記憶、反應及決策能力。為了達到上述發明目的，本發明提供一種獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置，包括計算機系統和實驗箱，其中計算機系統包括計算機主機、PCI/CAN卡、圖形卡、顯示器和實驗控制模塊，其中圖形卡接收攝像頭的視頻信號，并將視頻信號傳給計算機主機處理；顯示器與計算機主機相連，用于顯示實驗數據；實驗控制模塊用于設置獎賞實驗模式和參數，接收和處理視頻信號，以及統計、記錄和顯示實驗數據。可選地，實驗箱包括通信控制板、踏板伸縮控制機構、獎賞物質控制機構、探頭檢測、三色信號燈、換氣扇、LED照明燈、攝像頭、踏板、給水給食孔、底部柵網、糞便收集板、隔板和取放動物門。可選地，其特征在于，所述實驗箱采用模擬自然環境的封閉式結構，實驗箱的箱體框架由鋁合金型材構成，實驗箱的箱體的外部立面為皺灰色鋁板。可選地，實驗箱包括嵌套的內外兩部分，內箱為動物活動區域，內箱兩側壁面為PVC板材構造，壁中布有紅外發光陣列用于消除圖像采集時噪聲干擾并提高暗環境時圖像清晰度。可選地，通信控制板接收計算機主機指令，控制踏板伸縮機構，獎賞物質控制機構和三色信號燈工作。可選地，隔板為鋁板，該隔板上安置獎賞物質控制機構，給予動物液-液、液-固、固-固三種形式中的任意一種或多種獎賞物質。可選地，獎賞物質控制機構下方有給水給食孔，給水給食孔中安裝有紅外探頭檢測，以記錄動物對給水給食孔內的探索次數。可選地，所述獎賞物質控制機構旁邊設置有踏板，踏板由踏板伸縮控制機構實現踏板的伸縮自動化控制。可選地，踏板上方有三色信號燈，給予動物不同顏色辨別信號。可選地，攝像頭設置于所述實驗箱內箱頂部。可選地，換氣扇位于隔板上，為減少動物實驗過程中產生的排泄物異味。可選地，所述LED照明燈位于換氣扇下方，為動物實驗提供與自然環境類似環境。可選地，實驗箱底部為底部柵網，底部柵網連接電源，電流通過時可提供懲罰性的非條件刺激，底部柵網的下方為活動的糞便收集板，用以收集動物的排泄物。可選地，實驗箱側方有方便開啟/閉合的取放動物門。由上述技術方案可知，本發明的實施例具有如下有益效果通過對踏板-信號燈-獎賞物質等多種信號源進行各種復雜的組合，設計分等級的實驗模式，根據動物特性，設定了最佳的實驗條件，可檢測動物不同階段的學習記憶過程，還可對不同模型的復雜操作能力、學習記憶能力及決策力進行精細的評價，并自動給出實驗數據及統計分析，避免外部光源對實驗的干擾，保證實驗的可重復性和實驗結果的準確性。


圖1為本發明的實施例中實驗箱的結構圖；圖2為本發明的實施例中計算機系統及其他電路的原理框圖。
具體實施例方式為了使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明實施例做進一步詳細地說明。在此，本發明的示意性實施例及說明用于解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。如圖f 2所示，在本發明實施例中獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置包括計算機系統I和實驗箱2，其中計算機系統I 包括計算機主機 11，PCI (Pedpherd Component Interconnect,周邊元件擴展接口)/CAN(ControIIer Area Network,控制器局域網絡)卡12,圖形卡13,顯示器14和實驗控制模塊15，其中圖形卡13用于接收實驗箱2中攝像頭212的視頻信號，并將視頻信號傳給計算機主機11處理；顯示器14與計算機主機11相 連，用于顯示處理后的視頻信號；實驗控制模塊15用于設置獎賞實驗模式和參數，接收和處理視頻信號，統計、記錄和顯示實驗數據。在本發明的一個實施例中，實驗箱2包括通信控制板21，踏板伸縮控制機構22、23，獎賞物質控制機構24、25，探頭檢測器26、27，三色信號燈28、29，換氣扇210，LED照明燈211，攝像頭212，踏板213，給水給食孔215、底部柵網217，糞便收集板218、隔板219和取放動物門220。在本發明的一個實施例中，實驗箱2整體為外部尺寸可設置為350 X 450 X 780mm (長X寬X高)的組合式立方體，實驗箱2的箱體框架由鋁合金型材構成，外部立面為皺灰色鋁板。當然可以理解的是，在本發明的實施例中并不限定實驗箱2箱體的具體尺寸、形狀和箱體的材料。在本發明的一個實施例中，實驗箱2分為嵌套的內外兩部分，內箱尺寸可設置為300X 300X 550mm(長X寬X高)，內箱的兩側壁面為PVC(聚氯乙烯)板材構造，壁中布有紅外發光陣列用于消除圖像采集時噪聲干擾并提高暗環境時圖像清晰度。在本發明的一個實施例中，通信控制板21可通過PCI/CAN卡12接收計算機主機11指令，控制踏板伸縮機構22、23，獎賞物質控制機構24、25和三色信號燈28、29工作。通信控制板21上的微控制器根據約定的協議，通過控制步進電機的正轉和反轉完成踏板的伸縮操作；通過控制蠕動泵的轉動時間完成定量液體的給出，通過控制固體獎勵物質機構上的步進電機轉動一周，完成一粒固體獎勵物質的給出；通過給出高或低電平信號，控制信號燈的亮和滅。在本發明的實施例中，動物學會辨認三色信號燈28、29的各種顏色信號刺激，主動進行壓桿操作而獲得獎賞性物質，實驗人員根據動物的上述動作來評價動物對復雜信號任務的學習、反應和決策的能力。

在本發明的一個實施例中，隔板219為鋁板，板上安置獎賞物質控制機構24、25，可以實現給予動物液-液、液-固、固-固三種形式中的任意一種或多種獎賞物質。在本發明的一個實施例中，獎賞物質控制機構24、25下方有給水給食孔215、216，孔中安裝有探頭檢測器26、27可記錄動物對給水給食孔215、216內的探索次數。在本發明的一個實施例中，獎賞物質控制機構24、25旁邊設置有踏板213、214，踏板213、214由踏板伸縮控制機構22實現踏板的伸縮自動化控制。在本發明的一個實施例中，踏板213、214上方有三色信號燈28、29，可以給予動物不同顏色辨別信號。通常采用紅、黃、藍三色，根據文獻報道，這三種顏色對動物的刺激差異最為顯著，采用這三種顏色目的為了提供三種不同視覺感受的條件刺激。在本發明的一個實施例中，攝像頭212設置于實驗箱2內箱頂部，用于獲取實驗箱2中的視頻信號，例如實驗箱2內動物在獎賞性操作條件反射實驗時的各種動作。在本發明的一個實施例中，換氣扇210位于隔板219上，用于減少動物實驗過程中產生的排泄物異味。在本發明的一個實施例中，LED照明燈211位于換氣扇210下方，為動物實驗提供與自然環境類似環境。在本發明的一個實施例中，實驗箱2底部為柵間距d=10mm的底部柵網217，底部柵網217可連接12V電源，電流通過時可提供懲罰性的非條件刺激。實驗箱2的下方為活動的糞便收集板218，用以收集動物的排泄物。
在本發明的一個實施例中，實驗箱2側方有方便開啟/閉合的取放動物門220。由上述技術方案可知，本發明的實施例具有如下有益效果通過對踏板-信號燈-獎賞物質等多種信號源進行各種復雜的組合，設計分等級的實驗模式，根據動物特性，設定了最佳的實驗條件，可檢測動物不同階段的學習記憶過程，還可對不同模型的復雜操作能力、學習記憶能力及決策力進行精細的評價，并自動給出實驗數據及統計分析，避免外部光源對實驗的干擾，保證實驗的可重復性和實驗結果的準確性。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明 的保護范圍。
權利要求
1.一種獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置，其特征在于，包括計算機系統(I)和實驗箱(2)，其中 所述計算機系統(I)包括計算機主機(11)、PCI/CAN卡(12)、圖形卡(13)、顯示器(14)和實驗控制模塊(15)，其中所述圖形卡(13)接收攝像頭(212)的視頻信號，并將視頻信號傳給所述計算機主機(11)處理；所述顯示器(14)與計算機主機(11)相連，用于顯示實驗數據；所述實驗控制模塊(15)用于設置獎賞實驗模式和參數，接收和處理視頻信號，以及統計、記錄和顯示實驗數據。
2.根據權利要求1所述的獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置，其特征在于，所述實驗箱(2)包括通信控制板(21)、踏板伸縮控制機構(22、23)、獎賞物質控制機構(24)、探頭檢測器(26、27)、三色信號燈(28、29)、換氣扇(210)、LED照明燈(211)、攝像頭(212)、踏板(213、214)、給水給食孔(215、216)、底部柵網(217)，糞便收集板(218)、隔板(219)和取放動物門(220)。
3.根據權利要求2所述的獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置，其特征在于，所述實驗箱(2)為模擬自然環境的封閉式結構，所述實驗箱(2)的箱體框架由鋁合金型材構成，所述實驗箱(2)的箱體的外部立面為鋁板。
4.根據權利要求2所述的獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置，其特征在于，所述實驗箱(2)包括嵌套的內外兩部分，內箱為動物活動區域，內箱兩側壁面為PVC板材構造，壁中布有紅外發光陣列用于消除圖像采集時噪聲干擾并提高暗環境時圖像清晰度。
5.根據權利要求2所述的獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置，其特征在于，所述通信控制板(21)接收所述計算機主機(11)指令，控制所述踏板伸縮機構(22、23)，所述獎賞物質控制機構(24)和所述三色信號燈(28、29)工作。
6.根據權利要求2所述的獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置，其特征在于，所述隔板(219)為鋁板，所述隔板(219)上安置獎賞物質控制機構(24)，給予動物液-液、液-固、固-固三種形式中的任意一種或多種獎賞物質。
7.根據權利要求2所述的獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置，其特征在于，所述獎賞物質控制機構(24)下方有給水給食孔(215、216)，所述給水給食孔(215、216)中安裝有紅外探頭檢測(213)，以記錄動物對給水給食孔(215、216)內的探索次數。
8.根據權利要求2所述的獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置，其特征在于，所述獎賞物質控制機構(24)旁邊設置有踏板(213、214)，所述踏板(213、214)由踏板伸縮控制機構(22)實現踏板的伸縮自動化控制。
9.根據權利要求2所述的獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置，其特征在于，所述踏板(213、214)上方設置有所述三色信號燈(28、29)，給予動物不同顏色辨別信號。
10.根據權利要求2所述的獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置，其特征在于，所述換氣扇(210)位于隔板(219)上，為減少動物實驗過程中產生的排泄物異味，所述實驗箱(2)底部為底部柵網(217)，底部柵網(217)連接電源，電流通過時可提供懲罰性的非條件刺激；底部柵網(217)的下方為活動的糞便收集板(218)，用以收集動物的排泄物。
全文摘要
本發明提供一種獎賞性操作條件反射實時檢測分析處理裝置，包括計算機系統和實驗箱，其中計算機系統包括計算機主機、PCI/CAN卡、圖形卡、顯示器和實驗控制模塊，其中圖形卡接收攝像頭的視頻信號，并將視頻信號傳給計算機主機處理；顯示器與計算機主機相連，用于顯示實驗數據；實驗控制模塊，用于設置獎賞實驗模式和參數，接收和處理視頻信號，以及統計、記錄和顯示實驗數據。應用本發明可根據實驗目的，設定了各種最佳的實驗條件，可以自動給出實驗數據及統計分析，并可避免外部光源對實驗的干擾，保證實驗的可重復性。
文檔編號A01K15/02GK103026973SQ20121050537
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者陳善廣, 劉新民, 李海清, 李翊華, 石哲, 陳鈴鈴, 李瑩輝, 王春慧, 曲麗娜, 張恒, 肖毅, 王逸, 何怡然 申請人:中國航天員科研訓練中心, 中國醫學科學院藥用植物研究所, 北京鑫海華儀科技有限公司