CN107041322A - 非人灵长类视觉及认知功能研究系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非人灵长类视觉及认知功能研究系统。该非人灵长类视觉及认知功能研究系统包括：固定座椅，包括：座椅、套环固定系统、腰部限制板和触摸屏装置门式框架；给水系统，包括：水桶、电子水阀和NI采集卡；触摸屏装置，具有用于可播放声音进行听觉刺激以及呈现影像的视觉刺激触摸屏；眼动仪装置，包括：红外摄像头及红外灯、眼动仪本体和交互模块；以及控制装置，包括：NI采集卡模块、触摸屏模块、眼动仪模块和任务模块。该非人灵长类视觉及认知功能研究系统能够获得稳定的动物体位，进而提取动物眼球运动方向的特征向量和实验动物认知能力参数，交互维度高、整体化程度高，试验精度和效率均高。

Description

非人灵长类视觉及认知功能研究系统

技术领域

本发明涉及动物视觉及认知功能研究方法领域，特别涉及一种非人灵长类视觉及认知功能研究系统。

背景技术

大脑视觉及认知功能一直是神经科学研究的重点。而非人灵长类动物作为与人类最接近的实验动物已被广泛应用于相关研究领域。虽然这类实验动物的中枢神经系统与人类极为相似，但由于它们不能听懂语言或用语言表达感受，如何确认其实际感受、明确刺激反应效应一直是不易解决的问题。

触摸屏早已被用于人类认知研究领域。例如，基于平板电脑的5-CSRTT任务已被用于阿尔兹海默患者认知功能的诊断。由于其精确可控性，集刺激呈现与反应记录于一身等特点，具有广阔的临床及科研应用前景。同时，已有报道将触摸屏用于啮齿类、猕猴、大猩猩等实验动物认知功能研究。例如，猴子CANTAB触屏认知系统，可对强化认知、内外空间的设置变化与视觉辨别、对显示符号的短暂识别和不识别、空间记忆等认知任务进行测试。

但大多数动物认知研究系统允许动物在仪器前自由活动，无法限制动物行为。这种设计使得动物做出反应前后处于相对不受控制的状态，因此无法用来研究肢体运动、眼动或记录脑神经信号。随着科学研究的发展，对实验可重复性、精确性与数据维度的要求越来越高。就需要开发一种可以基本固定非人灵长类身体位置的认知研究系统，便于对肢体运动、眼动或脑神经信号的记录。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单合理的非人灵长类视觉及认知功能研究系统，该非人灵长类视觉及认知功能研究系统能够获得稳定的动物体位，进而提取动物眼球运动方向的特征向量和实验动物认知能力参数，交互维度高、整体化程度高，试验精度和效率均高。

为实现上述目的，本发明提供了一种非人灵长类视觉及认知功能研究系统，包括：固定座椅，包括：座椅、套环固定系统、腰部限制板和触摸屏装置门式框架，所述套环固定系统设置在所述座椅的椅面上方，所述腰部限制板设置在座椅的靠背中部；所述触摸屏装置门式框架设置在座椅的靠背前方；给水系统，包括：水桶、电子水阀和NI采集卡，所述水桶通过支架设置在固定所述座椅的一侧，所述电子水阀设置在所述水桶的出水口，用于控制给水及水量；触摸屏装置，具有用于可播放声音进行听觉刺激以及呈现影像的视觉刺激触摸屏；眼动仪装置，包括：红外摄像头及红外灯、眼动仪本体和交互模块，其中，红外摄像头及红外灯作为眼动仪采集端，与眼动仪本体连接，红外摄像头及红外灯用于检测眼球活动的；眼动仪本体用于控制、记录及输出的眼动轨迹；以及控制装置，包括：NI采集卡模块、触摸屏模块、眼动仪模块和任务模块，所述NI采集卡模块与给水系统的NI采集卡连接；所述触摸屏模块与触摸屏装置连接；所述眼动仪模块与眼动仪装置的交互模块连接；所述任务模块分别与NI采集卡模块、触摸屏模块和眼动仪模块连接。

优选地，上述技术方案中，固定座椅还包括：设置在所述座椅周侧的闭合围栏。

优选地，上述技术方案中，水桶的出水口连接有防咬、防吸的金属水管。

优选地，上述技术方案中，控制装置还包括：结果输出模块，用于记录实验结果。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该非人灵长类视觉及认知功能研究系统能够获得稳定的动物体位，进而提取动物眼球运动方向的特征向量和实验动物认知能力参数，交互维度高、整体化程度高，试验精度和效率均高。

附图说明

图1是本发明的非人灵长类视觉及认知功能研究系统的结构图。

图2是本发明的非人灵长类视觉及认知功能研究系统的原理图。

图3是本发明的非人灵长类视觉及认知功能研究系统的操作流程图。

图4是本发明的非人灵长类视觉及认知功能研究系统的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本发明具体实施方式的非人灵长类视觉及认知功能研究系统包括：固定座椅1、给水系统、触摸屏装置3、眼动仪装置4和控制装置5。其中，固定座椅1用于固定非人灵长类动物6的脖颈部、腰腹部及头部；给水系统用于给与非人灵长类动物6饮水奖励；触摸屏装置3用于向非人灵长类动物呈现视觉及听觉刺激，并可感知动物触摸位置；眼动仪装置4用于追踪并记录非人灵长类动物双侧眼球运动及眨眼信息；控制装置5用于设置视觉刺激相关参数并对触摸屏结果进行记录。该非人灵长类视觉及认知功能研究系统能够获得稳定的动物体位，进而提取动物眼球运动方向的特征向量和实验动物认知能力参数，交互维度高、整体化程度高。

具体来讲，固定座椅1包括：座椅、套环固定系统、腰部限制板、门式框架和闭合围栏。其中，座椅的高度可调，用于配合非人灵长类动物的坐姿；套环固定系统设置在座椅的椅面上方，用于固定非人灵长类动物的颈部，其高度可调，适用于不同体型非人灵长类实验动物；腰部限制板设置在座椅的靠背中部，用于限制非人灵长类动物抬起腿部或移动腰部；门式框架设置在座椅的靠背前方，其为可开合结构，用于放置触摸屏装置3的触摸屏；闭合围栏设置在座椅的周侧，用于防止非人灵长类动物触摸该非人灵长类视觉及认知功能研究系统的电路。

给水系统包括：水桶、电子水阀21、金属水管和NI采集卡22。其中，水桶通过支架设置在固定座椅1的一侧，用于储存水，水桶的出水口连接有防咬、防吸的金属水管；电子水阀21设置在水桶的出水口，用于控制给水及水量。

触摸屏装置3具有用于可播放声音进行听觉刺激以及呈现影像的视觉刺激触摸屏，该视觉刺激触摸屏可接受动物触摸反馈。触摸屏装置3设置在距离动物正前上方的50cm处，采样频率为120Hz。

眼动仪装置4包括：红外摄像头及红外灯、眼动仪本体和交互模块，其中，红外摄像头及红外灯作为眼动仪采集端，与眼动仪本体连接，红外摄像头及红外灯用于检测眼球活动的；眼动仪本体用于控制、记录及输出的眼动轨迹；交互模块用于与控制装置5进行交互。

结合图2可以看出，控制装置5包括：NI采集卡模块、触摸屏模块、眼动仪模块、任务模块和结果输出模块，其中，NI采集卡模块与给水系统的NI采集卡22连接，用于NI采集卡数据的采集与控制；触摸屏模块与触摸屏装置3连接，用于获取触摸屏装置3的触摸屏的触摸位置与状态；眼动仪模块与眼动仪装置4的交互模块连接，用于眼动数据的采集、校准与追踪；任务模块分别与NI采集卡模块、触摸屏模块和眼动仪模块连接，用于控制视觉或认知任务，该任务模块可在系统使用过程中在第二块显示器分屏显示，实时显示触摸位置、眼动位置与实验次数等信息；结果输出模块用于记录实验结果，该结果输出模块可将记录到的行为学结果以txt格式输出到指定路径文件夹中。

如图3所示，使用时，将用于向动物呈现视觉刺激的触摸屏装置调整到合适的位置，固定。

在本实例中，触摸屏装置3的视觉刺激触摸屏的刷新频率为60Hz，目标出现时背景颜色为黑色，目标光点为白色，亮度从中心向周围呈高斯曲线衰减。在本系统的其他应用实例中，屏幕颜色和目标颜色可以根据实际研究目的而改变。屏幕显示其他颜色、大小、时间长短也应当理解为属于本发明要保护的范围。

将实验动物放置于固定座椅上，颈部固定，根据动物大小调整座椅位置。固定腰部限制板，限制动物抬腿。

如图4所示：

S1、开启系统，进入程序。

S1中的进入程序包括，开启中央控制程序，开启眼动仪模块。

S2、打开前端，前端主要用于灵长类动物触屏使用。

S3、进入参数选择，调整灰屏时间为1秒，触屏后延迟为1秒，点1半径设为0.3，点2半径范围0.1～0.5，亮度范围1～240给水时间为0.1秒，勾选尺寸较大者为成功。

S4、可根据试验任务进行不同的模式选择，本实例中选择亮点比较模式。

参数保存完毕退出进入开始实验阶段S5，如图4所示实验过程。

实验阶段会根据不同的模式给出不同的训练模式，同时后台控制界面会显示对应硬件系统的状态，如磁阀供水系统的关闭情况以及拉杆状态是上下还是左右的状态信息，

为适应不同实验动物认知能力的差异性，所有参数可进行调整，如增大两点大小差异性或缩短灰屏时间等。

实验过程中，应注意尽量避免人为声响、运动等对动物注意力的影响，从而降低系统使用效率。

S6、中控软件显示训练的总次数以及成功率，所有结果都可以生成.txt格式文件保存在指定路径；最后可根据试验量的需求选择终止试验，切换新的模式。

S6、结束实验后，记录实验结果，并将实验动物取出返回饲养间，完成测试过程。

上述实验模式能够利用动物行为学检测方式确定被试动物视觉感知到的光点大小及位置，为非人灵长类视觉感知科学研究提出重要依据。

综上，该非人灵长类视觉及认知功能研究系统能够获得稳定的动物体位，进而提取动物眼球运动方向的特征向量和实验动物认知能力参数，交互维度高、整体化程度高，试验精度和效率均高。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (4)

1.一种非人灵长类视觉及认知功能研究系统，其特征在于，包括：

固定座椅，包括：座椅、套环固定系统、腰部限制板和触摸屏装置门式框架，所述套环固定系统设置在所述座椅的椅面上方，所述腰部限制板设置在座椅的靠背中部；所述触摸屏装置门式框架设置在座椅的靠背前方；

给水系统，包括：水桶、电子水阀和NI采集卡，所述水桶通过支架设置在固定所述座椅的一侧，所述电子水阀设置在所述水桶的出水口，用于控制给水及水量；

触摸屏装置，具有用于可播放声音进行听觉刺激以及呈现影像的视觉刺激触摸屏；

眼动仪装置，包括：红外摄像头及红外灯、眼动仪本体和交互模块，其中，红外摄像头及红外灯作为眼动仪采集端，与眼动仪本体连接，红外摄像头及红外灯用于检测眼球活动的；眼动仪本体用于控制、记录及输出的眼动轨迹；以及

控制装置，包括：NI采集卡模块、触摸屏模块、眼动仪模块和任务模块，所述NI采集卡模块与给水系统的NI采集卡连接；所述触摸屏模块与触摸屏装置连接；所述眼动仪模块与眼动仪装置的交互模块连接；所述任务模块分别与NI采集卡模块、触摸屏模块和眼动仪模块连接。

2.根据权利要求1所述的非人灵长类视觉及认知功能研究系统，其特征在于，所述固定座椅还包括：设置在所述座椅周侧的闭合围栏。

3.根据权利要求1所述的非人灵长类视觉及认知功能研究系统，其特征在于，所述水桶的出水口连接有防咬、防吸的金属水管。

4.根据权利要求1所述的非人灵长类视觉及认知功能研究系统，其特征在于，所述控制装置还包括：结果输出模块，用于记录实验结果。