CN101214168A - 动物行为监测分析系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动物行为监测分析系统，由实验装置和电脑分析软件系统组成，实验装置中结合采用基于红外线、光机电一体化技术、LED阵列分析技术和数码摄像技术的视频信号采集装置，电脑分析软件系统具有对采集的动物行为信号进行实时/离线分析的功能，除能提供数据库、多种数据接口、对输入的实时监测信号进行跟踪记录外，还具有针对每个测试项目的一系列测试数据处理的功能，从中提取出动物的行为轨迹和特征，并据此计算出多个行为学参数，方便于监测数据的记录、储存和之后的数据分析，使测试数据重复性强、可信度高，因而具有很强的可操作性和实用性。

Description

动物行为监测分析系统
技术领域
本发明涉及实验室科研测试、分析设备技术领域，特别是一种专用于检测动物在接受不同药物处理后所发生的行为改变情况及程度的动物行为监测分析系统。
背景技术
在药理学、神经生物学及临床前药物研究的科研领域，须首先进行动物试验，对接受试验的实验动物，如大鼠/小鼠等的运动行为进行跟踪和分析，在分析定量指标的基础上产生相对比较客观的统计结果。观察实验动物在接受不同处理方法(如手术、使用不同的药物或者使用不同剂量的特殊药物)之后动物行为的改变程度。可供分析的动物行为通常包括：行为特征、位置座标、行动轨迹、运动时间、运动速度、运动距离、运动量及运动的起始、中断情况和停止时间等，从而根据这些行为特征了解受试验动物的正常学习能力、记忆功能和心理活动情况，以及在使用被测试药物样品后在被试验动物身上所引起的诸行为特征的变化情况，据此，对被测试药物样品作出科学评价。目前可用的动物测试模型主要有：具有测试动物学习、记忆和认知能力的Morris水迷宫、穿梭箱等，用于测试疲劳和兴奋程度的自发活动、滚轮等，用于测试药物成瘾性的条件性位置偏爱，用于测试抗焦虑、抑郁程度的高架十字迷宫、强迫游泳、悬尾实验等。目前在动物行为监测手段方面，通常采用红外线、光电管、视频录像及视频图像分析技术，便于科研人员仔细、反复地现场观察和之后的研究，以得到相对科学合理的分析意见。但由于目前尚无数据处理、信息贮存和备查功能的精密科学分析仪器或系统，基本上在沿用传统的凭经验分析和直观比较的方法，除存在分析误差较大，分析意见的随意性较强、一致性较差外，还存在对所产生的结论性意见无法重复查证和验证的弊端；此外，目前通常将啮齿类动物置于光线比较明亮的环境进行监测，以利于得到比较清晰的录像图片，有时甚至还需要配以灯光，而这类动物的生活习性是习惯于在黑暗环境中活动，而把它们置放于明亮环境中进行监测，事实上是一种生活方式的改变，因而处在这种环境中的动物本身势必会产生焦虑不安、精力分散、想逃离和摆脱这种环境的行为趋势，所以会导致降低某些测试项目的可靠性。总之，现有技术中对动物的处置方法、测试手段和测试仪器均显得不太理想和科学，很有必要加以改进。
发明内容
本发明的目的是要克服现有技术的不足，提供一种结合采用远红外跟踪技术、基于计算机数据处理技术和RS-232/435及TCP/IP通讯技术于一体、便于实现对实验观察装置的远程监控和数据通讯的动物行为监测分析系统。
本发明的动物行为监测分析系统主体由实验装置和电脑分析软件系统二大部分组成，实验装置主要负责控制电击、噪声、食物剥夺和特殊用药等刺激的发生和中止，以及采集动物的行为信号，本发明中结合采用基于红外线、光机电一体化技术、LED阵列分析技术和数码摄像技术的视频信号采集装置；电脑分析软件系统具有对采集的动物行为信号进行实时/离线分析的功能，除能提供数据库、多种数据接口、对输入的实时监测信号进行跟踪记录外，还具有针对每个测试项目的一系列测试数据处理的功能，从中提取出动物的行为轨迹和特征，并据此计算出多个行为学参数；实验装置中还采用了能使啮齿类动物处于正常生活习性的黑暗环境中，在没有可见光刺激的情况下进行实验，有利于提高动物的兴奋度、记忆及智力程度测试数据可靠性的暗箱实验技术；在疲劳度或体力恢复实验中，设置由电脑进行实时控制和跟踪记录的滚轮系统，滚轮系统中包含设置有一组多个同时受一台电脑控制、既可以各自独立地按设定程序非同步工作、又可以同步启动和停止工作的滚轮装置，每个滚轮装置中包含有控制机构、动力驱动机构、运动装置和数据采集装置，运动装置上包含设置有带踏杆的滚轮和设置在滚轮上的磁电感应式旋转感应器，所述的滚轮由电脑系统控制工作，既可以设置成由动物踩动驱使转动的主动式，也可以通过设置驱动电机、使动物被迫行走的被动式，并采用上位机(或者上位机+工控机)联接各子级控制单元并进行数据通讯，各控制单元执行相关命令或动作，控制单元可控制电机速度(被动滚轮中)、电刺激、检测二氧化碳、检测旋转情况、关闭闸门、信号灯控制等功能，滚轮系统中，所有的控制单元在滚轮上均设有相应的磁电式旋转感应器。滚轮系统软件可在Windows2000/XP/2003/Vista下运行，记录滚轮的转数、存储和分析测量的数据，可以分别开始和停止所有滚轮而不互相影响。
基于上述构思的本发明的动物行为监测分析系统，由于结合了基于红外线、光机电一体化技术、LED阵列分析技术和数码摄像技术的视频信号采集装置，电脑分析软件具有对采集的动物行为信号进行实时/离线分析的功能，除能提供数据库、多种数据接口、对输入的实时监测信号进行跟踪记录外，便于监测数据的记录、储存和之后的数据分析，使测试数据重复性强、可信度高，因而具有很强的可操作性和实用性。
附图说明
附图是本发明实施例的工作流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和典型实施例对本发明作进一步说明。
在附图中，本发明的动物行为监测分析系统主体由实验装置和电脑分析软件系统二大部分组成，特征在于：在实验装置中结合采用了基于红外线、光机电一体化技术、LED阵列分析技术和数码摄像技术的视频信号采集装置；采用了具有对采集的动物行为信号进行实时/离线分析的功能的电脑分析软件系统，除能提供数据库、多种数据接口、对输入的实时监测信号进行跟踪记录外，还具有针对每个测试项目的一系列测试数据处理的功能，从中提取出动物的行为轨迹和特征，并据此计算出多个行为学参数。
工作时，在准备阶段，首先设计实验，包括：选择实验项目类别、筛选实验动物、确定动物总数和分组数、明确实验次数和实验的操作人员，如筛选合格则进入下一步：建立实验基本信息，包括在软件系统中输入、设置之前确定的设计内容如实验类型、分组数、实验天数、动物数以及实验次数，至此准备工作就绪，进入实验具体实施阶段。
在实施阶段，首先对实验动物进行训练，并根据不同类型的实验进行不同实验训练(如1～30天、一天2次，每次5分钟等)，以使实验动物掌握必要的训练内容，目的是使实验动物按实验要求完成预定任务，并对该过程全程进行录像、数据采集，记录并保存其活动情况。以便于即时或之后用软件通过录像跟踪分析动物的活动轨迹，得到所需的实验数据。训练阶段结束后进入实验阶段，通过训练，对训练后的动物进行测试，看是否达到预期的结果，同样对实验过程进行录像、数据采集，并跟踪分析动物的活动轨迹得到实验数据。至此实施阶段结束。
对于训练和实验阶段所得到的实验数据进行结果分析与处理，最后输出，结果的输出形式有：EXCEL、录像、轨迹图等，通过实验结果反馈对比实验设计是否有效，各分组动物在用药或处理后是否具有统计学的差异性(如上台时间快或慢、活动度高或低等)，至此实验结束，处理实验动物。

Claims (10)

1.一种动物行为监测分析系统，由实验装置和电脑分析软件系统二大部分组成，其特征在于：
a.实验装置主要负责控制电击、噪声、食物剥夺和特殊用药等刺激的发生和中止，以及采集动物的行为信号，其中结合采用了基于红外线、光机电一体化技术、LED阵列分析技术和数码摄像技术的视频信号采集装置；
b.电脑分析软件系统具有对采集的动物行为信号进行实时/离线分析的功能，除能提供数据库、多种数据接口、对输入的实时监测信号进行跟踪记录外，还具有针对每个测试项目的一系列测试数据处理的功能，从中提取出动物的行为轨迹和特征，并据此计算出多个行为学参数。
2.根据权利要求1所述的动物行为监测分析系统，其特征在于所述的实验装置中还采用了能使啮齿类动物处于正常生活习性的黑暗环境中，在没有可见光刺激的情况下进行实验，有利于提高动物的兴奋度、记忆及智力程度测试数据可靠性的暗箱实验技术。
3.根据权利要求1所述的动物行为监测分析系统，其特征在于所述的实验装置还设置有适于实施疲劳度或体力恢复试验、由电脑进行实时控制和跟踪记录的滚轮系统。
4.根据权利要求3所述的动物行为监测分析系统，其特征在于所述的滚轮系统中包含设置有一组多个同时受一台电脑控制、既可以各自独立地按设定程序非同步地工作、又可以同步启动和停止工作的滚轮装置。
5.根据权利要求4所述的动物行为监测分析系统，其特征在于所述的滚轮装置中均包含有控制机构、动力驱动机构、运动装置和数据采集装置。
6.根据权利要求5所述的动物行为监测分析系统，其特征在于所述的运动装置上包含设置带有踏杆的滚轮和设置在滚轮上的磁电感应式旋转感应器。
7.根据权利要求6所述的动物行为监测分析系统，其特征在于所述的滚轮由电脑系统控制工作，既可以设置成由动物踩动驱使转动的主动式，也可以通过设置驱动电机、使动物被迫行走的被动式。
8.根据权利要求3所述的动物行为监测分析系统，其特征在于所述的滚轮系统通过上位机(或者上位机+工控机)联接各子级控制单元并进行数据通讯，各控制单元执行相关命令或动作，控制单元可控制电机速度(被动滚轮中)、电刺激、检测二氧化碳、检测旋转情况、关闭闸门、信号灯控制等功能。
9.根据权利要求3所述的动物行为监测分析系统，其特征在于所述的滚轮系统中所有的控制单元在滚轮上均设有相应的磁电式旋转感应器。
10.根据权利要求3所述的动物行为监测分析系统，其特征在于所述的滚轮系统软件可在Windows2000/XP/2003/Vista下运行，记录滚轮的转数、存储和分析测量的数据，可以分别开始和停止所有滚轮而不互相影响。
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