[發明專利]用于靈長類動物運動目標物體抓握的訓練裝置及方法

在審

• 申請號: 201811496551.6
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109566446A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 王常勇;周瑾;孫洪吉;馬金旭;趙宇偉;戴鈞;喬鑫
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院軍事醫學研究院
• 主分類號: A01K15/02
• 分類號: A01K15/02
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙) 11548
• 代理人: 李靜

本發明公開了屬于靈長類動物實驗裝置技術領域的一種用于靈長類動物運動目標物體抓握的訓練裝置包括動物座椅、給水系統、微控制處理系統、PC機、運動目標物體抓握裝置、手部運動實時追蹤系統。本發明裝置可用于訓練靈長類動物進行運動目標物體抓握動作，可準確記錄動作執行過程各個階段的時間，及同步記錄獼猴手部的運動軌跡，另外本裝置結合腦電或神經信號采集系統，可同步地對被測試動物在執行任務過程中的大腦神經電活動進行采集。本裝置操作簡單，無人工干擾影響，能實現自動化訓練。

技術領域

本發明屬于靈長類動物實驗裝置技術領域，具體涉及用于靈長類動物運動目標物體抓握的訓練裝置及方法。

背景技術

人體運動功能是通過神經系統控制運動系統而實現的，由大腦產生運動控制指令傳遞給脊髓，再經由外周神經驅動肌肉帶動骨骼實現運動。如果能夠直接從神經系統中提取出運動指令，那么就能驅動外部設備（如智能假肢）運動從而修復肢體殘疾病人的運動功能。植入式運動腦機接口在國內外都受到了廣泛關注，相關研究開展較早且已有較大進展。通常需要在實驗對象大腦植入電極陣列，而利用非靈長類動物代替和模擬人類進行相關實驗是非常重要的一個環節，通過采集相關運動皮層的腦神經信號，解碼這些任務過程中的腦神經信號，提取出運動指令驅動外部設備（如智能假肢）運動從而恢復肢體的運動功能。目前常見的抓握訓練范式主要是利用不同形狀特征的靜態目標物體（目標物體的位置大小等信息是已知的），如圓柱體，環形，方形，平板等，利用自然的抓握方式進行抓握。但對于目標物體自身處于運動狀態下的研究卻鮮有報道。此外，在面向植入式運動腦機接口試驗中，需要通過記錄大量的運動訓練數據獲取準確的腦神經信息和對應的運動數據來重建運動模型，在記錄的時候，判斷動物執行任務的姿勢是否正確、實驗失敗時如何給予正確的引導、實驗成功時如何及時給予獎勵，這些問題都需要消耗繁重的人力資源來監督觀察和執行相關操作，而且還容易出現人為失誤以及給被試造成誤導，降低被試積極性。因此，需要一整套完整的系統來自動化的實現對運動目標物體抓握的訓練和記錄，并能實現對實驗階段、獎勵時間、失敗引導等進行控制，以及對動物運動階段、運動軌跡與神經信號同步等功能。從而構建更加準確的運動模型，更加有效的面向植入式運功腦機接口 。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于靈長類動物運動目標物體抓握的訓練裝置及方法。

一種用于靈長類動物運動目標物體抓握的訓練裝置，包括動物座椅、給水系統、微控制處理系統、PC機、運動目標物體抓握裝置、手部運動實時追蹤系統；

所述動物座椅由主框架和實驗筐構成，用于固定實驗動物；

所述PC機設有顯示器，顯示器用于進行相關信息的檢測和參數設置，以及呈現實驗狀態信息和視頻實時檢測；

所述運動目標物體抓握裝置，用于抓握目標物體；所述手部運動實時追蹤系統用于實時監測實驗動物手部運動行為。

所述給水系統包括水嘴，導管A，導管B，水瓶，電磁閥；導管A的一端連接電磁閥，另一端連接水嘴，導管B的一端連接水瓶，另一端連接電磁閥。

所述運動目標物體抓握裝置包括目標物體、步進電機、12V 電源、LED燈及壓力傳感器；目標物體固定在步進電機上，步進電機與12V 電源相連， LED燈、壓力傳感器和步進電機分別與微控制處理系統相連。

所述手部運動實時追蹤系統包括攝像頭、魔術臂支架、視頻采集卡；視頻采集卡設置于PC機中，攝像頭固定在魔術臂支架上并通過高清數據傳輸線與PC機相連接，魔術臂支架安裝于動物座椅四周。

所述微控制處理系統中的單片機設有LED接口、FSR接口、RS232串口、打標線串口，單片機還與電瓶隔離相連，電瓶隔離設有步進電機接口、電磁閥控制接口。

一種用于長類動物運動目標物體抓握的自動化訓練方法，按照如下步驟進行：

（１）訓練線程開啟后，開始猴子試驗過程，每一輪試驗首先初始化隨即變量；