CN108413198A - 自适应精确定位的视觉刺激器 - Google Patents

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刘强
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Abstract

本发明公开了一种自适应精确定位的视觉刺激器，包括显示器，所述显示器嵌放在显示器支架上，所述显示器支架通过连接杆与位置调整支座活动连接，在位于所述显示器上方的显示器支架上铰链有伸缩轴，所述伸缩轴的端部设置有激光发射器。本发明的优点在于结构简单，制作成本低，使用时调整方便，嵌放在显示器支架上的显示器可以根据实验情况做上、下、左、右移动，保证各项实验的精准性；而铰链在显示器支架上的伸缩轴可做360°旋转，通过安装在其端部的激光发射器可以精准的定位出受试者的位置。

Description

自适应精确定位的视觉刺激器
技术领域
本发明涉及生物视觉训练用器械，尤其是涉及一种自适应精确定位的视觉刺激器。
背景技术
经过自然界上亿年的进化，生物形成了非常优越的视觉信息处理机制。视觉研究是探索生物视觉信息处理机制，研究视觉诱发电位提取和脑功能成像规律等的科学，而图形刺激系统是视觉研究中不可缺少的装置。因此，开发图形刺激系统对于认知生物的视觉系统、研究机器视觉和视觉康复工程等具有重要意义。
视觉刺激器的主要实验项目有大鼠感受野特性实验和大鼠图像恢复实验，其实验目的为：一、测量出大鼠的感受野，并分析感受野的特性；二、设计实验获取视觉刺激响应信号并对视觉信号进行分析，在此基础上建立模型恢复视觉图像。由于现有的视觉刺激器为位置固定的一块单一的显示器，试验过程中显示器不能移动，也不能调整方向和角度，从而给实验带来大量的误差，具体来说存在以下不方便之处：1、不能精确测量受试者与显示器的距离；2、在进行极性实验时，容易造成动物视角测量错误等；3、在进行不同的实验时，一旦受试者的位置或者实验内容发生变化，显示屏不能很好的调整方向和角度，从而给实验带来大量的误差；4、无法精确的定位受试者的位置。因此设计一种可以根据不同实验情况随时对显示器进行方向和角度调整的视觉刺激器就显得很有必要。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种能够根据不同实验情况随时对显示器进行方向和角度调整的自适应精确定位的视觉刺激器。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的自适应精确定位的视觉刺激器，包括显示器，所述显示器嵌放在显示器支架上，所述显示器支架通过连接杆与位置调整支座活动连接，在位于所述显示器上方的显示器支架上铰链有伸缩轴，所述伸缩轴的端部设置有激光发射器。
靠近所述激光发射器的所述伸缩轴上设置有激光发射器开关。
本发明采用的位置调整支座包括底座，带有外螺纹的纵向立柱底部与所述底座相固连，旋拧在所述纵向立柱上的调整块上水平固连有支撑横梁，所述连接杆顶部设置有与所述支撑横梁形状匹配的滑套，所述滑套套装在所述支撑横梁上沿所述支撑横梁左右移动。
所述纵向立柱上套装有护筒，位于所述护筒顶部的纵向立柱上旋拧有压盖；在所述护筒侧壁沿纵向开设有通槽，所述支撑横梁自所述通槽穿出。
所述调整块与支撑横梁为一体式结构。
所述显示器支架上开设有水平凹槽，所述伸缩轴置于所述水平凹槽内。
本发明的优点在于结构简单，制作成本低，使用时调整方便，嵌放在显示器支架上的显示器可以根据实验情况做上、下、左、右移动，保证各项实验的精准性；而铰链在显示器支架上的伸缩轴可做360°旋转，通过安装在其端部的激光发射器可以精准的定位出受试者的位置。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是测量感受野中心位置实验用方形棋盘格。
图3为神经元感受野中心位置灰度图。
图4为正弦调制移动光栅不同方位刺激序列。
图5为某一个神经元对不同方位光栅刺激诱发的平均放电率分布图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的自适应精确定位的视觉刺激器，包括显示器1，显示器1嵌放在显示器支架2上，为实现显示器上、下、左、右位置的方便调整，显示器支架2通过连接杆3与位置调整支座活动连接，在位于显示器1上方的显示器支架2上铰链有伸缩轴4，伸缩轴4可实现360°无死角转动，在伸缩轴4的端部设置有激光发射器5，靠近激光发射器5的伸缩轴4上设置有激光发射器5开关；为方便伸缩轴4的收纳，在显示器支架2上开设有水平凹槽12，不用时，可将伸缩轴4置于水平凹槽12内。
本发明采用的位置调整支座包括底座6，带有外螺纹的纵向立柱底部通过连接盘13与底座6相固连，旋拧在纵向立柱上的调整块上水平固连有支撑横梁7（实际制造时，调整块与支撑横梁7可为一体式结构），在连接杆3顶部设置有与支撑横梁7形状匹配的滑套8（连接杆3和滑套8也可设计为一体式结构），滑套8套装在支撑横梁7上沿支撑横梁7左右移动。为避免实验时纵向立柱的外螺纹被碰坏，可在纵向立柱上套装有护筒9，位于护筒9顶部的纵向立柱上旋拧有压盖10，即可将护筒9进行定位；在护筒9侧壁沿纵向开设有通槽11，支撑横梁7自通槽11穿出，这样，在支撑横梁7根据需要旋转时，护筒9可跟随支撑横梁7同时在水平方向进行旋转。
本发明的底座6可通过螺栓固定在实验台上，支撑横梁7（带动显示器支架2和显示器1）可根据需要在水平方向进行360°调整，也可以沿纵向立柱上、下进行移动，而直接与连接杆相连的显示器支架2和显示器1还可以通过套装在支撑横梁7上的滑套8进行左、右移动，实现了实验过程中显示器1上、下、左、右、360°旋转等各方位的移动，保证了各项实验的精准性；
当需要进行定位时，将测试图片显示在显示器1屏幕上，通过调整伸缩轴4，可将激光发射器5拉到测试图片的中心位置，此时按亮激光发射器5，利用一个与其同时使用的接收杆（接收杆为伸缩结构，以方便调整长度，底部设有圆盘，可以使其竖直站立在水平面上，顶部设置激光接收器）在屏幕前方接收激光发射器5发射出来的激光，激光所照射到的位置即为受试者的位置。
本发明的功能及具体使用方法如下：
功能一、通过上、下、左、右、移动以及水平方向上的旋转，能够确地测量出
受试者与显示器的距离
使用方法：
1、确定受试者的位置；
2、调整显示器1的位置：调整支撑横梁7，确定显示器1的高度和方向，然后，拨动滑套8，使显示器1左右移动到位，保证显示器1与受试者处于一个合适的距离；
3、用测量工具测出受试者与显示器1的距离。
功能二、通过与软件的配套使用，可精确的计算出受试者的视角
使用方法：
1、确定测试图在显示器1中的位置；
2、测量出图片的宽度；
3、测量出受试者与显示器1的直线距离；
4、将宽度和距离的数据输入到软件中，即可精确计算出受试者的视角。
功能三、当受试者的位置或实验内容发生变化时，通过移动显示器，能够很好的调整其方向和角度
使用方法：
1、旋转支撑横梁7，可以调整显示器1的高度和方向；
2、调整滑套8的位置，使显示器1左右移动，确定其位置。
功能四、在为某些动物做优势眼测试的时候，可轻松精确的定位出受试者优势眼的位置
使用方法：
1、确定测试图在显示器1中的位置；
2、旋转调整伸缩轴4，使激光发射器5位于测试图的中心位置；
3、打开激光发射器5的开关；
4、利用一个可伸缩式接收杆在屏幕前方接收发射出来的激光，激光所照射到的位置即为受试者的位置。
本发明在具体实验中的应用说明：
1. 在做LongEvans大鼠V1区最佳检测条件实验时，根据V1区的分层功能和测试要求，需要确定大鼠与显示器屏幕的距离。将显示器屏幕距离大鼠眼睛的垂直距离设置四个距离：d=5cm、10cm、20cm、30cm。固定电极植入的深度范围为800—1500um，在这个范围内找到发放效果较好的区间。为了测试距离对大鼠视觉的影响，避免神经元对于单个特征响应的差异性，采用电影movie自然图像刺激，每次刺激10s，中间休息用平均亮度的灰屏10s，每组连续做30次。共做10只大鼠进行统计分析。
上述实验中，因为设置了四个不同的距离，所以在实验过程中需要不断的调整显示器的位置，本发明将显示器通过显示器支架与位置调整支座相结合，使得在实验过程中可以进行上下左右移动以及水平方向上的旋转，轻松地调整显示器与大鼠的距离，很好的完成了上述实验。
2. 视觉神经元只对视野中特定区域内的刺激产生反应，这个区域称为该神经元的感受野，只有当视觉刺激以特定的方式呈现在视觉神经元在视网膜上对应的感受野范围内时，才有可能引起该神经元的反应，从而在相应位置记录到该神经元的响应信号，进而对刺激与响应的对应关系进行分析。因此，明确视觉感受野的范围、了解视觉感受野的特性对图像恢复实验研究来说意义重大。
在进行大鼠的感受野特性实验时，视觉刺激要求如下：
刺激器距离：根据测试的目的不同和微电极阵列响应情况和大鼠最佳视角（60o×75 o）来决定大鼠眼睛距离显示器屏幕的最佳距离。
视觉刺激器的放置：对做眼睑缝合手术的单眼刺激，与大鼠眼睛平行正前方，另一只眼遮住。
刺激模式：根据不同的测试目的选用棋盘格、正弦移动光栅、简单几何图形和自然图像。
首先，本实验中大鼠眼睛距离显示器屏幕的最佳距离和大鼠的最佳视角有关，利用上述的功能二，即通过程序与刺激器的配合使用，即可计算出大鼠的视角。
其次，实验中，对大鼠做眼睑缝合手术的单眼刺激，要求大鼠眼睛平行正视显示器屏幕，另一只眼遮住。在这里，需要用到定位功能，现有的刺激器大部分都只是一块单一的屏幕，并不能很好地解决这种问题。本发明由于给视觉刺激器增加了定位功能，即上述功能四，当图片显示在显示器屏幕上时，将激光发射器拉到图片的中心位置，点亮激光发射器，利用一个可以伸缩的接收杆在屏幕前方接收发射出来的激光，激光所照射到的位置即为大鼠受试眼的位置。
最后，确定感受野的位置，刺激模式如下：
随机位置闪动出现亮或暗的方形棋盘格，用于测量感受野中心位置。棋盘格大小可调，背景色黑色，闪烁的方块为白色。棋盘格样式如图2所示。
将本发明的显示器分为8×8的棋盘格，每个棋盘格大小根据显示器屏幕距离可调，测试感受野中心位置主要靠快速闪烁的棋盘格，眼睛距离显示器屏幕可以较近，在1-5cm之间变化，观察微电极阵列采集的单神经元放电频率最大时为大鼠眼睛距离屏幕的最佳距离（假设为3cm）。经过数据的采集以及分析，得到图3，如图3所示，将平均放电率按照大小不同归一化后用不同的灰度表示，发放率越高，颜色越白，发放率越低，颜色越黑。根据画出的一组重复实验的平发法放率图形，具有最大值的栅格为该神经元的感受野位置。
3. 确定微电极阵列单个细胞的最佳方位选择性，由于增大刺激面积提高了细胞的方位选择性，所以用大面积的圆形正弦调制的移动光栅或者全屏光栅，其朝向在0—360o范围具有24个方向（以15o变化）。使光栅出现在显示器的合适位置，再令大鼠的受试眼正视光栅的中心。光栅刺激图形如图4所示；
通过重复n=10次实验，检测微电极阵列信号，经过滤波后产生spike，计算每个电极（单神经元）记录相应方位的刺激期间动作电位的发放数目，某一个神经元对不同方位光栅刺激诱发的平均放电率分布图如图5所示，平均所有实验响应期间动作电位的数目得到平均发放率。然后对于同一个神经元分别求出24个方位的平均放电率，利用单个细胞对于不同方位光栅刺激诱发的平均放电率分布的极坐标图，表示细胞的最佳方位选择性。

Claims (6)

1.一种自适应精确定位的视觉刺激器，包括显示器（1），其特征在于：所述显示器（1）嵌放在显示器支架（2）上，所述显示器支架（2）通过连接杆（3）与位置调整支座活动连接，在位于所述显示器（1）上方的显示器支架（2）上铰链有伸缩轴（4），所述伸缩轴（4）的端部设置有激光发射器（5）。
2.根据权利要求1所述的自适应精确定位的视觉刺激器，其特征在于：所述位置调整支座包括底座（6），带有外螺纹的纵向立柱底部与所述底座（6）相固连，旋拧在所述纵向立柱上的调整块上水平固连有支撑横梁（7），所述连接杆（3）顶部设置有与所述支撑横梁（7）形状匹配的滑套（8），所述滑套（8）套装在所述支撑横梁（7）上沿所述支撑横梁（7）左右移动。
3.根据权利要求2所述的自适应精确定位的视觉刺激器，其特征在于：所述纵向立柱上套装有护筒（9），位于所述护筒（9）顶部的纵向立柱上旋拧有压盖（10）；在所述护筒（9）侧壁沿纵向开设有通槽（11），所述支撑横梁（7）自所述通槽（11）穿出。
4.根据权利要求2所述的自适应精确定位的视觉刺激器，其特征在于：所述调整块与支撑横梁（7）为一体式结构。
5.根据权利要求1所述的自适应精确定位的视觉刺激器，其特征在于：所述显示器支架（2）上开设有水平凹槽（12），所述伸缩轴（4）置于所述水平凹槽（12）内。
6.根据权利要求1所述的自适应精确定位的视觉刺激器，其特征在于：靠近所述激光发射器（5）的所述伸缩轴（4）上设置有激光发射器（5）开关。
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