[發明專利]網絡化多計算機協同行為電生理實驗系統

有效

• 申請號: 201410398331.5
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104173047B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 陳南暉
• 申請（專利權）人: 中國科學院昆明動物研究所
• 主分類號: A61B5/0484
• 分類號: A61B5/0484;A61B5/11
• 代理公司: 北京奉思知識產權代理有限公司11464
• 代理人: 吳立,鄒軼鮫

技術領域

本發明涉及利用多臺電腦組成的立體網絡進行行為電生理實驗的系統及其相關的方法，屬于神經科學領域。

背景技術

現代的行為電生理實驗室普遍已經使用了計算機，其自動化程度比傳統大為提高。但通常的行為電生理實驗是由一臺電腦通過CPU分時的方法(偽實時)控制幾種實驗設備，無法實現真正的實時給予多種實驗刺激和采集多種實驗數據的功能。

例如，在給予動物光和聲音刺激時記錄動物行為錄像(25幀/秒，640×480分辨率，顏色深度24bit)以及多通道腦電信號(采樣頻率是1KHz/通道，通道數一般在10個以上)，如果用一臺電腦(不論是否多核CPU)控制實驗設備同時兼顧數據采集和/或數據分析(參見圖三)，通常錄像數據都會有掉幀的情況(CPU核越少或主頻越低或內存越小，則掉幀現象越嚴重)，或同時伴有腦電信號短時間漏采(漏采量取決于模數轉換板(AD板)卡上的存儲大小以及CPU讀取AD板上數據的速度)。

另一個問題是，如果要研究腦電信號不同通道之間以及腦電與動物行為間同步的問題，只用一臺電腦控制設備兼采樣會導致各種信號之間發送的延遲和數據采集的延遲，這種延遲會導致數據分析的結果產生無法估計的系統性誤差。

再者，傳統的行為電生理實驗系統只能夠在實驗完成后數小時或者一兩天后才可知道實驗的結果。若實驗策略需要根據實驗結果及時修正研究方案的話，這樣的方法效率就比較低。

最后，在傳統的行為電生理實驗中，如果實驗室負責人需要了解實驗室內部各個實驗小組當前實驗進行的情況，可以在每間實驗單元內加裝監控錄像，但這只能夠看到現場，而并不能了解實驗具體進行的情況，例如，實驗結果是不是符合預期、實驗人員的操作是否有誤，等等。

因此，為了提高行為電生理學實驗的準確度和實驗效率，加強對實驗的監管，有必要采用新的實驗系統和方法，以彌補前述傳統方法的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于：為克服上述傳統方法的缺陷，本發明提供一種準確、高效，以及便于即時監管的行為電生理實驗系統及方法。本發明利用計算機網絡和計算控制服務器，以及配合相應的軟件，系統地組織多臺計算機構成相互協同的行為電生理實驗系統，以提高行為電生理實驗的準確性、高效性，以及監管的即時性。

本發明提供了一種行為電生理實驗系統，包括：一個或多個行為電生理實驗單元、計算控制服務器、以及數據庫服務器。其中，所述行為電生理實驗單元包括一臺主控計算機和受控實驗設備，所述主控計算機控制所述受控實驗設備，以給予實驗動物刺激信號，并實時采集和記錄所述實驗動物的行為信息和電生理實驗數據。所述計算控制服務器與所述主控計算機通過主控局域網絡相連接，接收所述主控計算機傳送的所述實驗數據并進行分析和計算。所述數據庫服務器通過主控局域網絡與所述計算控制服務器相連接，用以存儲計算控制服務器傳來的數據與信息。

本發明還提供了一種行為電生理實驗系統，所述行為電生理實驗單元還包括一臺或多臺工作計算機，所述主控計算機通過單元內局域網絡和/或串口直連的方式控制所述工作計算機，由所述工作計算機控制所述實驗設備以給予所述實驗動物刺激信號、實時采集所述實驗動物的所述實驗數據并將所述實驗數據傳送回所述主控計算機。優選地，所述行為電生理實驗單元還包括網絡監控攝像機，所述網絡監控攝像機通過所述主控局域網絡與所述計算控制服務器相連。

另一方面，本發明還包括一套統一編寫的行為電生理實驗軟件，所述實驗軟件至少包括：實時實驗控制模塊，安裝在所述主控計算機和所述工作計算機上，負責控制所述實驗設備實時開展行為實驗和采集所述實驗數據，并在實時實驗任務的間隙將采集到的所述實驗數據傳送給所述計算控制服務器；數據接收模塊，安裝在所述計算控制服務器上，負責響應各個所述實驗單元內所述主控計算機的請求，接收其發送過來的所述實驗數據并將該實驗數據存儲在所述計算控制服務器的存儲器中，同時根據其計算請求，將這些請求傳送給并行化數據計算分析模塊，使數據得到及時的計算分析，最后再將計算分析的結果傳送給各所述實驗單元的所述主控計算機；所述并行化數據計算分析模塊，安裝在所述計算控制服務器上，具有多種與行為電生理有關的計算組件，根據所述主控計算機的請求凋用相應的組件完成計算；以及數據傳送模塊，安裝在所述計算控制服務器上，負責將需要長久保存的動物信息、所述實驗數據和(/或)實驗場景的錄像傳送到所述數據庫服務器上。