[發(fā)明專利]大小鼠視覺(jué)認(rèn)知行為學(xué)習(xí)自動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310086421.6
• 申請(qǐng)日: 2013-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103125406A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 師黎;李志輝;羅勇;萬(wàn)紅;王永瑞;王苗苗;朱妍雯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): A01K15/02
• 分類號(hào): A01K15/02
• 代理公司: 鄭州異開(kāi)專利事務(wù)所(普通合伙) 41114
• 代理人: 韓華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大小鼠視覺(jué)認(rèn)知行為學(xué)習(xí)訓(xùn)練系統(tǒng)，尤其是涉及大小鼠視覺(jué)認(rèn)知行為學(xué)習(xí)自動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在腦認(rèn)知功能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可塑性、藥物評(píng)估、基因工程等研究領(lǐng)域，經(jīng)常通過(guò)大小鼠視覺(jué)認(rèn)知行為實(shí)驗(yàn)來(lái)觀察和評(píng)估不同因素對(duì)腦認(rèn)知功能的影響，即通過(guò)訓(xùn)練，使大小鼠學(xué)會(huì)根據(jù)視覺(jué)線索完成特定的行為，從而根據(jù)其行為反饋結(jié)果對(duì)其腦認(rèn)知功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。訓(xùn)練是大小鼠視覺(jué)認(rèn)知行為學(xué)習(xí)過(guò)程的關(guān)鍵步驟，目的是建立特定視覺(jué)線索與特定行為響應(yīng)之間的條件反射，進(jìn)而完成視覺(jué)目標(biāo)辨識(shí)、視覺(jué)工作記憶等視覺(jué)認(rèn)知任務(wù)。目前常見(jiàn)的大小鼠視覺(jué)認(rèn)知行為學(xué)習(xí)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)方法多結(jié)合獎(jiǎng)懲機(jī)制，受試動(dòng)物根據(jù)視覺(jué)線索做出行為響應(yīng)后給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰。獎(jiǎng)勵(lì)包括食丸、果汁、牛奶、水或電刺激虛擬愉悅感，其中食丸、果汁、牛奶等獎(jiǎng)勵(lì)方式容易造成獎(jiǎng)勵(lì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)阻塞，同時(shí)單一口味的食物或果汁牛奶獎(jiǎng)勵(lì)容易引起動(dòng)物厭惡，不容易建立自動(dòng)化的訓(xùn)練系統(tǒng)；電刺激獎(jiǎng)勵(lì)利用對(duì)大腦愉悅區(qū)的刺激使動(dòng)物獲得虛擬的獎(jiǎng)賞，容易成癮。懲罰方式常見(jiàn)的包括聲光刺激、電擊懲罰等，但這些懲罰方式通常因動(dòng)物可以通過(guò)選擇位置或閉眼等行為而降低懲罰效果、刺激強(qiáng)度不宜確定或發(fā)生耐受、或者容易造成動(dòng)物的過(guò)度恐懼而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。

此外，現(xiàn)有的一些動(dòng)物視覺(jué)認(rèn)知行為學(xué)習(xí)訓(xùn)練系統(tǒng)在硬件方面和實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)分析方面自動(dòng)化程度較低。在硬件方面多采用踏板、搖桿或觸摸屏來(lái)記錄受試動(dòng)物在視覺(jué)線索呈現(xiàn)后的行為響應(yīng)，踏板和搖桿靈敏度較差，容易漏記行為響應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)分析方面，多依賴于人為經(jīng)驗(yàn)設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)或確定實(shí)驗(yàn)階段，沒(méi)有考慮不同受試動(dòng)物的個(gè)體差異對(duì)訓(xùn)練過(guò)程的影響，無(wú)法根據(jù)不同受試個(gè)體、以及學(xué)習(xí)過(guò)程的不同階段，自適應(yīng)的調(diào)整訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)參數(shù)和切換訓(xùn)練模式，導(dǎo)致對(duì)受試動(dòng)物個(gè)體的過(guò)度訓(xùn)練或訓(xùn)練不足，訓(xùn)練效果穩(wěn)定性差；同時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要較多的人為參與，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還對(duì)大小鼠的訓(xùn)練造成了一定干擾，訓(xùn)練周期長(zhǎng)。

因此，需要研制一種能夠有效提高訓(xùn)練成功率和穩(wěn)定性、同時(shí)縮短訓(xùn)練周期的大小鼠視覺(jué)認(rèn)知行為學(xué)習(xí)的自動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)，但目前還未見(jiàn)諸有關(guān)這方面的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種大小鼠視覺(jué)認(rèn)知行為學(xué)習(xí)自動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)。?

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的大小鼠視覺(jué)認(rèn)知行為學(xué)習(xí)自動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括訓(xùn)練箱、主控單元、視頻監(jiān)控器、微控器、獎(jiǎng)勵(lì)單元、懲罰單元、視覺(jué)線索顯示單元；所述微控器通過(guò)USB接口與主控單元通信連接；所述訓(xùn)練箱為上開(kāi)口結(jié)構(gòu)；所述視頻監(jiān)控器設(shè)置在訓(xùn)練箱的上部，其視頻信號(hào)輸出端與所述主控單元視頻信號(hào)輸入端連接；所述獎(jiǎng)勵(lì)單元由設(shè)置在訓(xùn)練箱下部的食盤(pán)和設(shè)置在其一側(cè)的紅外感應(yīng)開(kāi)關(guān)、以及設(shè)置在食盤(pán)正上方由電控閥控制的供水管構(gòu)成，所述電控閥控制輸入端、紅外感應(yīng)開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出端分別與微控器的控制輸出端、信號(hào)輸入端連接；所述懲罰單元由設(shè)置在訓(xùn)練箱上部的掃頻超聲波揚(yáng)聲器構(gòu)成，所述掃頻超聲波揚(yáng)聲器控制輸入端與微控器的控制輸出端連接；所述視覺(jué)線索顯示單元包括電容式觸摸屏和顯示屏，所述電容式觸摸屏安裝于框架內(nèi)，所述框架嵌入在開(kāi)設(shè)于訓(xùn)練箱下部側(cè)壁的窗口內(nèi)，框架的下邊框與訓(xùn)練箱側(cè)壁相鉸接，框架的上邊框通過(guò)拉簧與訓(xùn)練箱側(cè)壁連接，所述顯示屏設(shè)置在電容式觸摸屏的后方位置處，顯示屏的視頻信號(hào)輸入端與主控單元連接，電容式觸摸屏通過(guò)IIC總線與微控器的通信連接。

所述微控器包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)，連接于所述單片機(jī)控制輸出端的掃頻超聲波驅(qū)動(dòng)電路、光耦隔離電路和電容式觸摸屏驅(qū)動(dòng)電路，所述電容式觸摸屏驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)IIC總線與單片機(jī)通信連接，所述光耦隔離電路控制輸出端與電控閥驅(qū)動(dòng)電路控制輸入端連接。

所述主控單元為具有顯示功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；所述掃頻超聲波揚(yáng)聲器位于所述電容式觸摸屏的上方位置處。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物視覺(jué)認(rèn)知行為學(xué)習(xí)的自動(dòng)化訓(xùn)練，并且獎(jiǎng)勵(lì)不會(huì)成癮、懲罰不產(chǎn)生痛苦或恐懼，對(duì)動(dòng)物不會(huì)造成負(fù)面效應(yīng)，從而獲得穩(wěn)定可靠的訓(xùn)練量化評(píng)估指標(biāo)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所述視覺(jué)線索顯示單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的控制電路原理框圖。

圖4是圖3的微控器電路原理框圖。

圖5是圖4的單片機(jī)電路原理圖。

圖6是圖4的光耦隔離、電控閥驅(qū)動(dòng)電路原理圖。

圖7是圖4的電容式觸摸屏驅(qū)動(dòng)電路原理圖。

圖8是圖4的掃頻超聲波驅(qū)動(dòng)電路原理圖。

圖9是本發(fā)明所述微控器主程序初始化流程圖。