[發明專利]用于靈長類動物三維運動目標攔截的訓練裝置及方法

在審

• 申請號: 202110630093.6
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113439682A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 周瑾;王常勇;王保增;劉冀;李斯偉
• 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: 北京誠呈知識產權代理事務所(普通合伙) 11883
• 代理人: 楊凌波

本發明公開了一種用于靈長類動物三維運動目標攔截的訓練裝置及方法。該訓練裝置包括：動物座椅、給水獎勵模塊、多模態生理信息采集模塊、運動目標攔截模塊和人?機交互控制模塊。本發明裝置可用于動物在自定義三維目標攔截過程中抓握動作訓練，能夠提供靈活且可調節的三維運動空間，允許自然且可復現的動作攔截行為，實現精確整合及量化動物在動作規劃或執行各個階段的時刻、多模態生理信息的同步采集及與外界環境的自然相互。本發明具有設計合理、人機交互更加自然、整合度和自動化程度高、操作簡單且可靠、無需人工干預等優點，可實現動物對三維運動目標攔截的自動化訓練。

技術領域

本發明屬于實驗動物學測試和動物實驗裝置技術領域，具體涉及一種用于靈長類動物三維運動目標攔截的訓練裝置及方法。

背景技術

基于侵入式的腦-機接口技術對運動相關的腦神經信息解析是國內外學者研究的熱點，尤其是上肢三維運動攔截是大腦神經信息解析重點關注方向。運動攔截是在視覺引導下，肢體啟動、趨向目標、并最終在預期位置與攔截目標相遇。這一過程涉及視覺皮層的神經元對視覺提示做出反應，運動皮層中的神經元在運動前規劃及運動過程中調節活動，并被認為動物參與了動作計劃、啟動和控制等自主運動。

目前，在運動控制過程中神經元信息解碼已經有了一定進展，通過不同神經元的活躍程度對動物抓握、運動方向和軌跡等進行解碼，但對于連續運動條件下大腦皮層如何規劃和啟動運動過程的研究較少。在運動控制相關研究中，國內外的研究者多以經典Center-out實驗范式為主，也有在運動條件下連續軌跡解碼的實驗范式，實現對離散或特定連續軌跡的意圖解碼。迄今為止，關于運動目標攔截相關腦區神經信號與眼動、肌電信息如何整合相關研究較少，對運動目標攔截進行補償和預測時生成相應肢體控制機理尚不明確，也未發現在三維空間下整合和量化動物運動規劃前及運動攔截過程中多模態電生理信息(包括腦神經信號、肌電信號、眼動信號等)和三維運動軌跡同步記錄及與外界環境自然交互的訓練裝置及方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于靈長類動物三維運動目標攔截的訓練裝置及方法。

一種用于靈長類動物三維運動目標攔截的訓練裝置，包括動物座椅、給水獎勵模塊、多模態生理信息同步采集模塊、運動目標攔截模塊和人-機交互控制模塊。

所述動物座椅由主框架和實驗框組成，用于固定實驗動物。

所述給水獎勵模塊包括水嘴、導管、電磁閥、儲水瓶；導管將儲水瓶、電磁閥、水嘴按順序連通。

所述多模態生理信息采集模塊包括：

植入式肌電采集系統：包含肌電放大器、5V直流電源、植入式肌電電極及AI拓展版，肌電信號經由植入式肌電電極采集，由肌電放大器對肌電信號進行放大和濾波，AI拓展板與肌電放大器和生理信息采集器通過BNC同軸電纜傳輸；

眼動追蹤儀：包含紅外攝像頭、紅外補光燈、固定支架、NI采集卡，紅外攝像頭安裝在固定支架上，并通過數據傳輸線與NI采集卡相連，整個支架安裝在實驗基礎裝置上；紅外攝像頭用于檢測動物眼球活動，紅外補光燈用于配合紅外攝像頭進行補光，NI采集卡與電生理信息采集系統BNC同軸電纜傳輸，輸出眼動信號；

三維運動捕捉系統包括：四部支持近紅外記錄的攝像頭，攝像頭支架，視頻采集卡、熒光追蹤標識，視頻采集卡安裝在計算機中，并通過高清視頻數據線與四部攝像頭相連，攝像頭支架固定于動物座椅上將攝像頭置于可觀測獼猴手臂運動的區域，可通過熒光追蹤標識記錄獼猴手部運動三維軌跡；

在體多通道神經信號記錄系統：包括植入式神經電極、神經信號放大器、信號采集器、計算機；植入式神經電極經開顱手術植入至靈長類動物大腦皮質中，與神經信號放大器相連，放大器通過模數轉換將模擬信號轉換為數字信號傳輸至信號采集器，信號采集器與計算機相連，計算機中裝有神經信號同步采集控制軟件，用于調節參數，可同步存儲多模態神經信號。