CN106264569B - 一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统，包括行为学实施装置、视频监控装置、生理信号采集装置、光调控装置以及电信号采集装置，行为学实施装置包括观察性恐惧获得实验箱，实验过程中用于将受害者小鼠以及观察者小鼠置于观察性恐惧获得试验箱内；观察性恐惧获得实验箱，用于对受害者小鼠进行电击；光调控装置，用于对受害者小鼠脑组织的靶区进行特异神经元照射；视频监控装置，用于采集观察者小鼠的行为反应；生理信号采集装置，用于采集观察者小鼠的生理反应；电信号采集装置，用于采集观察者小鼠的活动信号。本发明的共情神经实验系统可用来评估动物的情绪性共情状态，并结合光遗传技术探究相关的神经环路机制。

Description

一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统

技术领域

本发明关于行为学技术领域，特别是关于行为学的研究设备，具体的讲是一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统。

背景技术

情绪是大脑活动的一个重要产物，在六种基本情绪中恐惧被认为对小鼠生存具有重大意义，小鼠在面对危险时表现出来的一系列心理和生理的反应可以帮助小鼠快速逃离不利环境。而恐惧不仅仅来自于个人的亲身经历，还能通过他人的情绪和行为表现获得，这个过程称为间接情绪感染，也叫做共情。然而在小鼠还有一种现象同样可以复制同伴的行为表现，这种现象叫做模仿。从行为表现上难以区分出共情和模仿，因此一般的行为学装置只是简单的对行为进行读取，是很难确定共情的。

电击是一种常见的恶性刺激手段。当给予小鼠一定幅度的电压时，将会产生电流，这种电流达到一定强度会造成小鼠不适甚至厌恶、恐惧等心理和生理反应，在行为上由于厌恶表现出逃避、冻结、飞奔、甩尾等反应，在生理上会出现皮质酮上升、心跳加快等反应。

小鼠在面对自己的同伴接收电击等恶性刺激时，自身同样会表现出厌恶反应，但这是由于共情激发自身的恐惧情绪还是只是简单的模仿行为很难通过实验证明。

共情的产生依赖于小鼠之间情绪的识别和情感的交流，因此对于共情的神经机制的探究可以解答这种情绪的识别和情感的交流是如何发生的。另外，共情的缺失与一些精神疾病相关，如精神分裂症和自闭症等，同时和一些社会问题也有关联比如留守儿童的情感冷漠等，因此研究共情具有很高的社会意义。

现有技术中，一般的实验都是以小鼠直接获得的情绪作为研究对象，对于间接获得的情绪所用的研究手段有限。以直接获得的情绪为研究对象中常用的有条件恐惧行为装置，该装置可以将声音或者环境信息作为非条件刺激结合上足部电击作为条件刺激来研究小鼠对于恶性刺激的条件性恐惧习得。另外是实时位置偏好行为范式，单纯看小鼠直接的自身产生的情绪(恶性或正性)的偏好。间接的情绪获得的研究方案有冰醋酸注射实验，该试验通过给被选为受害者小鼠进行腹部的冰醋酸注射使其产生痛苦和恐惧的行为反应，让目击者小鼠观察，以目击者小鼠作为实验对象，观察它对于同伴遭受痛苦的反应来进行共情的研究。但是这些方式都无法完全满足对于小鼠共情的探究。

现有的进行小鼠负面情绪研究的实验装置只针对于自身直接产生的情绪反应，比如抑郁所使用的强迫游泳、焦虑所使用的矿场和高架等。

冰醋酸注射作为已有的间接情绪获得的实施方案，对实验小鼠的伤害太大，且该伤害无法量化，难以控制，经常会造成小鼠的意外死亡，并且这种刺激的恢复性很差，对于实验小鼠的创伤过大。

已有的实施方案无法进行实时的神经元调控和神经元活动信号探测，即便有也都是相互独立的体系，无法形成一体化的探究方案。

已有的技术中没有多方位的指标来判断是否为共情还是简单的行为模仿，因为已有技术仅仅是通过视频获得小鼠行为学的数据结果对行为进行分析来得到小鼠的情绪状态，而行为反应只能作为情绪状态的一个方面，还需要结合生理状态共同进行判断，小鼠在恐惧、焦虑状态下会产生心跳的变化因而加入了生理指标的探测，结合行为学现象更能说明小鼠的情绪状态。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统，包括行为学实施装置、视频监控装置、生理信号采集装置、光调控装置以及电信号采集装置，通过在观察性恐惧获得实验箱中通过给予受害者小鼠电击以及特异神经元照射而产生一系列恐惧反应，使目标的观察者小鼠进行观察，通过视频监控装置采集观察者小鼠的行为反应同时由生理信号采集装置测量生理反应，通过电信号采集装置采集观察者小鼠的活动信号，后续可将行为反应、生理反应以及活动信号相结合作为小鼠是否共情以及共情程度的判断指标。

本发明的目的是，提供一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统，所述的系统包括行为学实施装置、视频监控装置、生理信号采集装置、光调控装置以及电信号采集装置，其中，所述的行为学实施装置包括观察性恐惧获得实验箱，实验过程中用于将受害者小鼠以及观察者小鼠置于所述观察性恐惧获得试验箱内；所述的观察性恐惧获得实验箱，用于对所述受害者小鼠进行电击；所述的光调控装置，用于对所述观察者小鼠脑组织的靶区进行特异神经元照射；所述的视频监控装置，用于采集所述观察者小鼠在观察所述受害者小鼠时的行为反应；所述的生理信号采集装置，用于采集所述观察者小鼠观察所述受害者小鼠时的生理反应；所述的电信号采集装置，用于采集所述观察者小鼠观察所述受害者小鼠时的活动信号。

在本发明的优选实施方式中，所述的观察性恐惧获得实验箱包括控制模块、电击模块以及活动模块，其中，所述的控制模块，用于控制电击的发生时间以及强度；所述的电击模块，用于进行电击；所述的活动模块，用于改变所述观察性恐惧获得试验箱的环境。

在本发明的优选实施方式中，所述的控制模块包括电机控制器以及第一波形发生器，其中，所述的第一波形发生器，用于输出启动信号至所述的电机控制器；所述的电机控制器，用于根据所述的启动信号控制电击的发生时间以及强度。

在本发明的优选实施方式中，所述的电击模块包括电路板以及电击金属棒组合板。

在本发明的优选实施方式中，所述的活动模块包括可拆卸箱体以及隔板。

在本发明的优选实施方式中，所述的可拆卸箱体为方形或圆形或三角形。

在本发明的优选实施方式中，所述的隔板为毛玻璃或透明玻璃或隔音板。

在本发明的优选实施方式中，所述的光调控装置包括激光器、第二波形发生器以及光纤，所述的第二波形发生器，用于调节所述激光器的功率、频率、强度以及刺激模式，将激光通过所述光纤刺激脑组织的靶区进行特异神经元照射。

在本发明的优选实施方式中，所述的视频监控装置包括摄像机以及行为分析单元，其中，所述的摄像机，用于记录所述观察者小鼠在观察所述受害者小鼠时的行为反应；所述的行为分析单元，用于分析所述的行为反应。

在本发明的优选实施方式中，所述的生理信号采集装置包括心率探测仪以及心率分析单元，其中，所述的心率探测仪，用于采集所述观察者小鼠观察所述受害者小鼠时的心率；所述的心率分析单元，用于分析所述的心率确定出所述观察者小鼠的心理状态。

在本发明的优选实施方式中，所述的电信号采集装置包括电极以及多通道信号分析单元，其中，所述的电极，用于记录所述观察者小鼠观察所述受害者小鼠时的靶点神经元的活动信号；所述的多通道信号分析单元，用于分析所述的活动状态，得到靶点神经元活动与观察性恐惧获得的行为之间的相关性。

本发明的有益效果在于，提供了一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统，通过给被测试仪器输出测试信号，包括行为学实施装置、视频监控装置、生理信号采集装置、光调控装置以及电信号采集装置，通过在观察性恐惧获得实验箱中通过给予受害者小鼠电击以及特异神经元照射而产生一系列恐惧反应，使目标的观察者小鼠进行观察，通过视频监控装置采集观察者小鼠的行为反应同时由生理信号采集装置测量生理反应，通过电信号采集装置采集观察者小鼠的活动信号，后续可将行为反应、生理反应以及活动信号相结合作为小鼠是否共情以及共情程度的判断指标，实现了光刺激分析行为学的变化以及对应的神经元的活动变化，产生了一套不仅从行为学指标读取，同时也能通过生理指标验证，另一方面结合光遗传技术的精确调控神经元活动的优点探究共情的神经环路机制。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统中观察性恐惧获得实验箱的结构框图；

图3为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统中控制模块的结构框图；

图4为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统中电击模块的结构框图；

图5为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统中活动模块的结构框图；

图6为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统中光调控装置的结构框图；

图7为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统中视频监控装置的结构框图；

图8为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统中生理信号采集装置的结构框图；

图9为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统中电信号采集装置的结构框图；

图10为本发明提供的具体实施例中基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统的结构示意图；

图11为本发明提供的具体实施例中基于观察性恐惧习得的共情神经机制探究系统的示意图；

图12为本发明提供的具体实施例中观察性恐惧获得实验箱主体详细构造图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明针对现有技术中进行小鼠负面情绪研究的实验装置只针对于自身直接产生的情绪反应，比如抑郁所使用的强迫游泳、焦虑所使用的矿场和高架等，提出了一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统。

图1为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统的结构框图，由图1可知，所述的系统包括行为学实施装置10、视频监控装置20、生理信号采集装置30、光调控装置40以及电信号采集装置50。

其中，所述的行为学实施装置10包括观察性恐惧获得实验箱11，实验过程中用于将受害者小鼠以及观察者小鼠置于所述观察性恐惧获得试验箱内；

所述的观察性恐惧获得实验箱11，用于对所述受害者小鼠进行电击。

所述的光调控装置40，用于对所述观察者小鼠脑组织的靶区进行特异神经元照射。图6为光调控装置的结构框图。

在实际的实验过程中，受害者小鼠述电击以及特异神经元照射下会产生一系列恐惧反应，如冻结、跳跃、奔跑、尖叫等表现，观察者小鼠观察受害者小鼠。

所述的视频监控装置20，用于采集所述观察者小鼠在观察所述受害者小鼠时的行为反应。图7为视频监控装置的结构框图，视频监控装置能够实时记录并分析观察者在实验箱中的行为。

所述的生理信号采集装置30，用于采集所述观察者小鼠观察所述受害者小鼠时的生理反应。图8为生理信号采集装置的结构框图。

所述的电信号采集装置50，用于采集所述观察者小鼠观察所述受害者小鼠时的活动信号。图9为电信号采集装置的结构框图。

如上即是本发明提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统，主要包括行为学实施装置、视频监控装置、生理信号采集装置、光调控装置以及电信号采集装置。

在观察性恐惧获得实验箱中通过给予受害者小鼠电击而产生一系列恐惧反应，如冻结、跳跃、奔跑、尖叫等表现，使目标的观察者小鼠进行观察，用视频监控装置采集观察者小鼠的行为反应同时测量它的生理反应，将行为反应和生理反应结合起来作为小鼠是否共情以及共情程度的判断指标。

详细的说，当观察小鼠从受害小鼠由于共情获得恐惧情绪的话，不仅仅体现在行为上出现相似的行为反应，在生理上也会由于恐惧而导致心率发生改变，但是如果是单纯的模仿行为，那么就不会出现有恐惧带来的心率变化。再通过改变共情神经实验系统中的活动模块的选择可以从多个角度来探究影响共情的因素。再利用光遗传和光电极手段探究这种共情过程中的神经元活动情况，从而得到共情的神经机理。

行为学实施装置为本发明的关键，其主要包括观察性恐惧获得实验箱。图2为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统中观察性恐惧获得实验箱的结构框图，由图2可知，所述的观察性恐惧获得实验箱11包括控制模块12、电击模块13以及活动模块14。

其中，所述的控制模块12，用于控制电击的发生时间以及强度。图3为控制模块的结构框图，由图3可知，所述的控制模块包括电机控制器121以及第一波形发生器122，

其中，所述的第一波形发生器122，用于输出启动信号至所述的电机控制器121。

所述的电机控制器121，用于根据所述的启动信号控制电击的发生时间以及强度。

在本发明的优选实施方式中，第一波形发生器121可以用来和光调控装置中的光调控同步，具体的，第一波形发生器和光调控装置的第二波形发生器作为开启电击的触发器和同步光调控神经元活动的触发器，将启动电击的信号传递给电击控制器就能触发电击，同时可以对电击控制的电压幅度进行调整从而调控电击的强度。即，使用波形发生器将控制模块和光调控装置联系起来，可以让光控神经元活动和电击在特定时间内发生。

所述的电击模块13，用于进行电击。图4为电击模块的结构框图，由图4可知，电机模块包括电路板131以及电击金属棒组合板132。电击金属棒组合版由多个电击金属棒组成。在具体的实施方式中，电击模块中的电路板131与电击金属棒组合板132焊接，如此，电击模块接收来自于电击控制器的电压，将电压供给电击金属棒，当小鼠接触金属棒由于通电导致产生电击的效果。

所述的活动模块14，用于改变所述观察性恐惧获得试验箱的环境。活动模块是实验动物活动的场所，也是观察者观察被害者接收电击伤害的地方。图5为活动模块的结构框图，由图5可知，活动模块包括可拆卸箱体141以及隔板142。在本发明的优选实施方式中，可拆卸箱体可为方形或圆形或三角形。所述的隔板可为毛玻璃或透明玻璃或隔音板。活动模块利用可拆卸的箱体和隔板来适应实验需要改变实验的环境，比如为了隔音效果使用隔音箱体和隔板，为了屏蔽视觉的作用而使用半透明玻璃板作为隔板等。

图12为本发明提供的具体实施例中观察性恐惧获得实验箱主体详细构造图，由图12可知，在该实施例中，小鼠B作为受害者，所在的实验箱下面的金属棒组合板和电路板焊接在一起，因此能接受来自电击控制器的电压从而对小鼠B实施电击，而小鼠A作为观察者，底部的金属棒组合板无法接通电流，因而小鼠A不会受到电击。两个实验箱体中间的隔板可以活动和抽拉，换成颜色深一点的半透明隔板，同样两个箱体本身没有连接，是独立的，可以根据实验需要换成圆形或者三角形等形状。

图6为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统中光调控装置的结构框图，由图6可知，所述的光调控装置40包括激光器41、第二波形发生器42以及光纤43，所述的第二波形发生器42，用于调节所述激光器的功率、频率、强度以及刺激模式，将激光通过所述光纤刺激脑组织的靶区进行特异神经元照射。

本发明的光调控装置，一方面利用波形发生器调节激光功率，频率，强度，刺激模式，将激光通过光纤刺激脑组织的靶区进行特异神经元的照射，来实现对于某一特定核团以及神经环路进行调控，另一方面波形发生器控制电击控制器实现光调控和电击的实时作用，用来实时的阻断或加强神经元的活动。

图7为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统中视频监控装置的结构框图，由图7可知，所述的视频监控装置20包括摄像机21以及行为分析单元22，所述的摄像机21，用于记录所述观察者小鼠在观察所述受害者小鼠时的行为反应；所述的行为分析单元，用于分析所述的行为反应。

图8为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统中生理信号采集装置的结构框图，该装置用来收集观察者心率情况，分析出实验动物处于一种什么样的心理状态。由图8可知，所述的生理信号采集装置30包括心率探测仪31以及心率分析单元32，其中，所述的心率探测仪，用于采集所述观察者小鼠观察所述受害者小鼠时的心率；所述的心率分析单元，用于分析所述的心率确定出所述观察者小鼠的心理状态。

图9为本发明实施例提供的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统中电信号采集装置的结构框图，由图9可知，所述的电信号采集装置50包括电极51以及多通道信号分析单元52，其中，所述的电极，用于记录所述观察者小鼠观察所述受害者小鼠时的靶点神经元的活动信号；所述的多通道信号分析单元，用于分析所述的活动状态，得到靶点神经元活动与观察性恐惧获得的行为之间的相关性。在特定的实验条件下，通过电极插入特定的核团或者脑区来记录靶点神经元的活动状态，得到靶点神经元活动和观察性恐惧获得的行为之间的相关性。

如上是本发明提供的一个行为学试验装置，其用来观察大小鼠对于同伴遭受恶性刺激时的反应用来评估该动物的情绪性共情状态，并结合光遗传技术探究相关的神经环路机制。该系统可采集通过指定目标动物观察自己的同伴受到电击等恶性刺激时表现出尖叫、冻结、回避、跳跃、奔跑等行为学反应时自身表现的行为学反应以及生理反应和神经元活动变化进行时间上的对应，后续可以据此数据判断目标动物是否产生了共情，并通过光遗传的手段对这种共情的行为学反应和生理反应进行减弱或者增强以探究参与共情过程中的可能神经网络。在对于共情的神经环路研究上面，本发明采用了一项广泛认可的技术——光遗传技术，光遗传技术通过基因工程手段将光敏感基因转入特定脑区或核团的神经元中从而达到使用光控神经元活动的效果。使用光调控装置来实现对于某一特定核团以及神经环路进行调控，从而探究特定行为下的神经机制。本系统涉及到的行为范式为观察性恐惧习得，它作为研究共情的一种动物模型，是利用被试动物在使用视觉观察同伴受到一些恶性刺激如电击或者冰醋酸注射时，受到同伴的恐惧或疼痛反应的“感染”而表现出同样的恐惧或疼痛反应的过程。

与现有技术中的方案相比，本系统改进了现有的行为学实施方案，通过视觉恐惧传递过程中，被试动物受到同伴恐惧感染程度的大小从行为和生理反应进行共情程度的评定，再可结合新型可植入式微调光电极，实现光刺激同时分析行为学的变化以及对应的神经元的活动变化，产生了一套不仅从行为学指标读取，同时也能通过生理指标验证的共情行为学装置，同另一方面结合光遗传技术的精确调控神经元活动的优点探究共情的神经环路机制。

下面结合具体的实施例，详细介绍本发明的技术方案。图10为具体实施例中基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统的结构示意图，图11为具体实施例中基于观察性恐惧习得的共情神经机制探究系统的示意图，图12为具体实施例中观察性恐惧获得实验箱主体详细构造图。

由图10可知，在该具体的实施例中，该系统包括行为学实施系统101、视频监控系统102、生理信号采集系统103、光调控系统104、光电极信号采集系统105。

行为学实施系统101包括观察性恐惧获得实验箱106和放置其中的实验动物。观察性恐惧获得实验箱包括控制模块107、电击模块108、活动模块109。控制模块用于控制电击的强度和时间等，包括为了和光调控同步的波形发生器111以及电击控制器110。波形发生器和光调控系统的波形发生器作为同步光调控神经元活动和开启电击的触发器，将启动电击的信号传递给电击控制器就能触发电击，同时可以对电击控制的电压幅度进行调整从而调控电击的强度。电击模块112是电击实施的部分，分为电路板112和与电路板焊接的电击金属棒组合板113。电击模块接收来自于电击控制器的电压，将电压供给电击金属棒，当小鼠接触金属棒由于通电导致产生电击的效果。活动模块109由两个可拆卸的方形箱体114和多选择隔板115构成，是实验动物活动的场所，也是观察者观察被害者接收电击伤害的地方。

视频监控系统102由摄像机116和记录分析软件构成，能够实时记录并分析观察者在实验箱中的行为。

生理信号采集系统103包括心率探测仪121和记录分析装置122。该装置用来收集观察者心率情况，通过软件分析出实验动物处于一种什么样的心理状态。

光调控系统104包括激光器118、波形发生器119、光纤120。一方面利用波形发生器调节激光功率，频率，强度，刺激模式，将激光通过光纤刺激脑组织的靶区进行特异神经元的照射，来实现对于某一特定核团以及神经环路进行调控，另一方面波形发生器控制电击控制器实现光调控和电击的实时作用，用来实时的阻断或加强神经元的活动。

电信号采集系统105由电极123和多通道信号采集分析软件124构成。在特定的实验条件下，通过电极插入特定的核团或者脑区来记录靶点神经元的活动状态，得到靶点神经元活动和观察性恐惧获得的行为之间的相关性。

由图11可知，波形发生器119/111控制激光器118和电击控制器110实现实时的光调控和电击。B小鼠作为被害者，A小鼠作为观察者，两只小鼠活动于两个一模一样的实验箱114中，不同的是B小鼠所处的金属棒组合板能够接收来自于控制模块107和电击模块108来的电压从而产生电流经过小鼠B时造成局部的电击，A小鼠透过隔板115观察到对面的B小鼠的活动，从而受到B小鼠的间接情绪传染。在小鼠A活动过程中行为监控装置102和生理信号采集装置103一直在记录小鼠A的行为和生理反应。电信号采集装置105则实时采集小鼠A的神经活动信号。

由图12可知，小鼠B所在的实验箱下面的金属棒组合板113和电路板112焊接在一起，因此能接受来之电击控制器110的电压从而对小鼠B实施电击，而小鼠A底部的金属棒组合板无法接通电流，因而小鼠A不会受到电击。两个实验箱体中间的隔板115可以活动和抽拉，换成旁边的颜色深一点的半透明隔板115*，同样两个箱体本身没有连接，是独立的，可以根据实验需要换成圆形或者三角形等形状。

综上所述，本发明提出的一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统，利用观察性恐惧获得行为学实施装置作为共情的探究，并设计了行为学装置，该系统可以使大鼠或小鼠通过观察自己的同伴遭受恶性刺激时表现出恐惧反应而自身产生恐惧的过程。在该系统设计通过一些细微的变量的调整，包括小鼠对象选择、小鼠品系选择、实验装置的隔声程度，中间隔板的选择(毛玻璃还是透明玻璃还是带有隔音效果的隔板)全面研究共情产生的条件，比如小鼠间的亲属关系的影响、小鼠亚型的影响、小鼠超声尖叫的影响。通过一体化的光调控和神经元活动反馈装置实现实时的行为调控以及神经元活动的反馈。用波形发生器控制的光刺激和电刺激以特定间隔进行的实时行为刺激和神经元调控，从生理和行为反应两个方面来评估共情程度。

本发明的关键点和欲保护点是：

1、利用动物的观察性恐惧获得行为设计出共情的神经机制的探究或其他影响因素的探究的一套系统，主要包括行为学实验实施装置中观察性恐惧获得的实验装置，该装置配套的一些可根据实验需要调整的部件，包括可选择的隔板(毛玻璃还是透明玻璃还是带有隔音效果的隔板)和可活动的行为学箱体。

2、在共情的神经机制的探究中通过一体化的光调控和神经元活动反馈装置实现实时的行为调控以及神经元活动的反馈。

3、特殊的电路板设计，还有电路板和电击金属棒组合板构成的电击装置，使小鼠在金属棒组合板的任意位置都能收到电击。

4、结合生理反应和行为学反应来判断观察者小鼠的共情程度的设计。

5、使用波形发生器或其他电脑软件控制光刺激和电刺激的同步来进行实时的神经元调控以及行为调控的设计。

本发明的有益效果在于：

1、现有的进行动物负面情绪研究的实验装置只针对于自身直接产生的情绪反应，比如抑郁所使用的强迫游泳、焦虑所使用的矿场和高架等等。而本发明可以准确验证动物的间接情绪获得即共情的反应。

2、冰醋酸注射作为已有的间接情绪获得的实施方案，对实验动物的伤害太大，且该伤害无法量化，难以控制，经常会造成动物的意外死亡，并且这种刺激的恢复性很差，对于实验动物的创伤过大。而本发明的电击是可控、且创伤愈后良好的方案。

3、已有的实施方案无法进行实时的神经元调控和神经元活动信号探测，即便有也都是相互独立的体系，无法形成一体化的探究方案。而本装置结合光遗传技术和电生理技术，用波形发生器实验光调控和电击的同步化，达到神经元调控、外界刺激、神经元反应、行为学反应和生理反应一体化的控制和分析的作用。

4、已有的技术中没有多方位的指标来判断是否为共情还是简单的行为模仿，因为已有技术仅仅是通过视频获得动物行为学的数据结果对行为进行分析来得到小鼠的情绪状态，而行为反应只能作为情绪状态的一个方面，还需要结合生理状态共同进行判断，动物在恐惧、焦虑状态下会产生心跳的变化因而加入了生理指标的探测，结合行为学现象更能说明动物的情绪状态。

5、已有的技术没有本专利所具备的可活动的操作模块，如可替换的隔板，可以将透明隔板换成半透明或者有隔音效果等等的隔板，这样能够全面探究共情发生的条件。

本发明综合以上常用的研究手段，同时增加了神经元调控和神经元活动反馈装置，并结合上外界刺激发生装置和行为学反应、生理反应监控装置形成一体化的对于动物共情的探究装置。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一般计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于观察性恐惧习得的共情神经实验系统，其特征是，所述的系统包括行为学实施装置、视频监控装置、生理信号采集装置、光调控装置以及电信号采集装置，

其中，所述的行为学实施装置包括观察性恐惧获得实验箱，实验过程中用于将受害者小鼠以及观察者小鼠置于所述观察性恐惧获得实验箱内；

所述的观察性恐惧获得实验箱，用于对所述受害者小鼠进行电击；

所述的光调控装置，用于对所述观察者小鼠脑组织的靶区进行特异神经元照射；

所述的视频监控装置，用于采集所述观察者小鼠在观察所述受害者小鼠时的行为反应；

所述的生理信号采集装置，用于采集所述观察者小鼠观察所述受害者小鼠时的生理反应；

所述的电信号采集装置，用于采集所述观察者小鼠观察所述受害者小鼠时的活动信号；

其中，所述的生理信号采集装置包括心率探测仪以及心率分析单元，所述的心率探测仪，用于采集所述观察者小鼠观察所述受害者小鼠时的心率；所述的心率分析单元，用于分析所述的心率确定出所述观察者小鼠的心理状态；

所述的观察性恐惧获得实验箱包括控制模块，用于控制电击的发生时间以及强度；

所述的控制模块包括第一波形发生器，用于输出启动信号；

所述的光调控装置包括激光器、第二波形发生器以及光纤，所述的第二波形发生器，用于调节所述激光器的功率、频率、强度以及刺激模式，将激光通过所述光纤刺激脑组织的靶区进行特异神经元照射；

所述第一波形发生器用来和光调控装置中的第二波形发生器实现光调控同步。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的观察性恐惧获得实验箱还包括电击模块以及活动模块，

其中，所述的电击模块，用于进行电击；

所述的活动模块，用于改变所述观察性恐惧获得试验箱的环境。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的控制模块还包括电机控制器，

其中，

所述的电机控制器，用于根据所述的启动信号控制电击的发生时间以及强度。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的电击模块包括电路板以及电击金属棒组合板。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的活动模块包括可拆卸箱体以及隔板。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的可拆卸箱体为方形或圆形或三角形。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征是，所述的隔板为毛玻璃或透明玻璃或隔音板。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的视频监控装置包括摄像机以及行为分析单元，

其中，所述的摄像机，用于记录所述观察者小鼠在观察所述受害者小鼠时的行为反应；

所述的行为分析单元，用于分析所述的行为反应。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的电信号采集装置包括电极以及多通道信号分析单元，

其中，所述的电极，用于记录所述观察者小鼠观察所述受害者小鼠时的靶点神经元的活动信号；

所述的多通道信号分析单元，用于分析所述的活动信号。

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