CN109089947B - 一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置，应用于具有平面隔板的十字迷宫或弧面隔板的圆形迷宫，该装置包括微控制器、旋转驱动装置、连接件和食盒；所述微控制器和旋转驱动装置相连，旋转驱动装置通过连接件与食盒连接；所述食盒设用于盛放奖赏用的固体颗粒食物，旋转驱动装置通过连接件能够带动食盒旋转；所述微控制器接到奖励信号发生器发出的奖励信号后控制食盒旋转180°并间隔一段时间后发出复位信号，控制食盒复位；该装置针对鸽子生理习性和行为特点进行设计，不仅噪声小，奖励耗时短，而且简单经济、易于实现，并具有控制精确，不容易发生故障，形状小巧、易于安装的优点。
Description
技术领域
本发明涉及动物行为学及神经科学实验技术领域，尤其是针对以鸽子为代表的鸟类空间认知与运动导航相关神经机制的探索实验所用到的一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置。
背景技术
在动物认知与行为学实验研究中，食物奖赏作为一种常用的正向强化，被广泛用于大/小鼠、鸽子、蝙蝠、壁虎等实验中。因此，作为实验装置的核心组成和必备组件，食物奖赏装置在动物认知和行为实验研究中扮演着重要的角色。性能优良的奖赏装置不仅有助于实验动物快速主动地理解实验范式，而且会大大节省训练的时间。但是目前的食物奖赏装置主要是针对大/小鼠、蝙蝠、壁虎等哺乳动物的，对于具有卓越认知和三维运动行为能力的以鸽子为代表的鸟类，目前尚缺乏符合其生理特点和行为习性的食物奖赏装置。
不同于哺乳类动物大多采用水、牛奶等液体或流体食物作为正向奖励，以鸽子为代表的鸟类主要采用高粱、玉米等固体颗粒作为食物奖励。而且对于每次奖励的食物量一般都有严格的控制。如果奖励食物量过多，动物很快就能吃饱从而失去完成训练的动力；如果奖励食物量过少，则难以激起动物完成训练范式的欲望，也会造成行为训练的失败。在利用鸟类做实验时，一般会选择鸽子作为实验对象。对于这个问题目前主要存在两种解决方式：一是控制每次给予的食物量，一般是给予单粒食物；二是控制鸽子进食的时间，即保证食物充足的前提下，控制鸽子的进食的时长。第一种方式对于装置制作的性能要求较高，不宜实现，价格昂贵。第二种方式虽然克服了第一种方式的缺点，但是目前主要采用的是推拉式的固体颗粒奖赏装置，不仅噪声较大，可能惊吓到鸽子，进而影响实验结果，而且每次奖励的耗时较长，拖长整个实验的时间。因此，目前迫切需要一种简易的而且适应鸽子行为习性的奖赏装置。
发明内容
本发明针对鸽子的生理特点与行为习性，提供了一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置，克服了目前固体颗粒食物奖赏装置存在的缺点，使其能够满足以鸽子为代表的鸟类认知与行为训练的需要。
为实现上述目的，本发明主要采用下述技术方案：
本发明所述一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置，应用于具有平面隔板的十字迷宫或弧面隔板的圆形迷宫，平面隔板和弧面隔板上均设有喂食窗口；所述十字迷宫和圆形迷宫上均设有奖励信号发生器；其特征是：该装置包括微控制器、旋转驱动装置、连接件和食盒；所述的微控制器上设有奖励信号接收端口，用于连接十字迷宫或圆形迷宫上的奖励信号发生器，接收奖励信号发生器发出的奖励信号；所述微控制器和旋转驱动装置相连，旋转驱动装置通过连接件与食盒连接；所述连接件包括第一连接部和第二连接部，连接件通过第一连接部与旋转驱动装置可拆卸固定连接，通过第二连接部与食盒可拆卸固定连接；所述食盒设置于十字迷宫或圆形迷宫的喂食窗口处，用于盛放奖赏用的固体颗粒食物，旋转驱动装置通过连接件能够带动食盒旋转，微控制器用于控制旋转驱动装置带动食盒进行旋转的角度和旋转间隔的时间；所述微控制器接到奖励信号发生器发出的奖励信号后控制食盒旋转180°并间隔一段时间后发出复位信号，控制食盒复位。
具体的：所述食盒为平面食盒，该平面食盒包括底面、弧形面和隔离面，三者形成一敞口空腔结构。该平面食盒应于具有平面隔板的十字迷宫，设置于喂食窗口处，位于平面隔板鸽子无法吃到食物的一侧，此时其隔离面与平面隔板上的喂食窗口契合，组成一完整平面；微控制器控制该平面食盒旋转180°后，则平面食盒旋转至平面隔板另一侧，使鸽子能够吃到食物，此时其隔离面与平面隔板上的喂食窗口仍契合，组成一完整平面；使隔离面与平面隔板上的喂食窗口契合组成一完整平面是为了防止该处透光导致十字迷宫外部因素影响实验。
进一步具体的：所述隔离面大于弧形面。这是为了防止平面食盒旋转时，其弧形面容易卡在喂食窗口处影响实验进展。
具体的：所述食盒为曲面食盒，该曲面食盒包括底面、弧形面和隔离部，三者形成一敞口空腔结构，所述隔离部由相互对称的曲面一和曲面二组成，所述曲面一和曲面二的弧度与圆形迷宫弧面隔板的弧度相同。该曲面食盒应用于具有弧面隔板的圆形迷宫，设置于喂食窗口处，位于弧面隔板鸽子无法吃到食物的一侧，此时其隔离部的曲面一与弧面隔板上的喂食窗口契合，组成一完整弧面；微控制器控制该曲面食盒旋转180°后，则曲面食盒旋转至弧面隔板另一侧，使鸽子能够吃到食物，此时其隔离部的曲面二与弧面隔板上的喂食窗口契合，组成一完整弧面；使隔离部的曲面一或曲面二与弧面隔板上的喂食窗口契合组成一完整弧面是为了防止该处透光导致圆形迷宫外部因素影响实验。
进一步具体的：所述隔离部大于弧形面。这是为了防止曲面食盒旋转时，其弧形面容易卡在喂食窗口处影响实验进展。
具体的：所述旋转驱动装置为舵机或步进电机。
具体的：所述微控制器接到奖励信号发生器发出的奖励信号后间隔2至10秒发出复位信号。
这些技术方案，包括改进的技术方案以及进一步改进的技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。
本发明所提供的一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置，针对鸽子生理习性和行为特点进行设计，不仅噪声小，奖励耗时短，而且简单经济、易于实现，并具有控制精确，不容易发生故障，形状小巧、易于安装的优点。
为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本发明的一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置进行详细地描述。需要特别说明的是，以下给出的具体实例和附图仅是为了说明，本领域普通技术人员可以根据本文说明，在本发明的范围内可以对本发明所作出的任何修正和改变，但这些修正和改变也纳入本发明的范围内。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的平面食盒的俯视图。
图3是本发明的曲面食盒的俯视图。
图4是本发明的连接件的俯视图。
图5是本发明应用于十字迷宫且平面食盒位于平面隔板鸽子无法吃到食物的一侧时的结构状态示意图。
图6是图5中平面食盒旋转180°后的结构状态示意图。
图7是本发明应用于圆形迷宫且曲面食盒位于弧面隔板鸽子无法吃到食物的一侧时的结构状态示意图。
图8是图7中曲面食盒旋转180°后的结构状态示意图。
图中：1-旋转驱动装置，2-连接件，3-食盒，4-隔离面，5-隔离部，6-曲面一，7-曲面二，8-第一连接部，9-第二连接部，10-平面食盒，11-曲面食盒。
具体实施方式
实施例1
如图1、2、4、5、6所述，本发明所述一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置，应用于具有平面隔板的十字迷宫，平面隔板上均设有喂食窗口；所述十字迷宫上设有奖励信号发生器；该装置包括微控制器、旋转驱动装置1、连接件2和食盒3；所述的微控制器上设有奖励信号接收端口，用于连接十字迷宫上的奖励信号发生器，接收奖励信号发生器发出的奖励信号；所述微控制器和旋转驱动装置1相连，旋转驱动装置1通过连接件2与食盒3连接；所述连接件2包括第一连接部8和第二连接部9，连接件2通过第一连接部8与旋转驱动装置1可拆卸固定连接，通过第二连接部9与食盒3可拆卸固定连接；所述食盒3设置于十字迷宫的喂食窗口处，用于盛放奖赏用的固体颗粒食物，旋转驱动装置1通过连接件2能够带动食盒3旋转，微控制器用于控制旋转驱动装置1带动食盒3进行旋转的角度和旋转间隔的时间；所述微控制器接到奖励信号发生器发出的奖励信号后控制食盒3旋转180°并间隔一段时间后发出复位信号，控制食盒3复位。
所述食盒3为平面食盒10，该平面食盒10包括底面、弧形面和隔离面4，三者形成一敞口空腔结构；该平面食盒10应于具有平面隔板的十字迷宫，设置于喂食窗口处，位于平面隔板鸽子无法吃到食物的一侧，此时其隔离面4与平面隔板上的喂食窗口契合，组成一完整平面；微控制器控制该平面食盒10旋转180°后，则平面食盒10旋转至平面隔板另一侧，使鸽子能够吃到食物，此时其隔离面4与平面隔板上的喂食窗口仍契合，组成一完整平面；使隔离面4与平面隔板上的喂食窗口契合组成一完整平面是为了防止该处透光导致十字迷宫外部因素影响实验；而且，平面食盒10的隔离面4大于弧形面，这是为了防止平面食盒旋转时，其弧形面容易卡在喂食窗口处影响实验进展。
其中，十字迷宫中的奖励信号发生器为复位开关或传感器；复位开关用于人为操作实验时使用，操作者通过按压复位开关，使本奖赏装置对作为实验对象的鸽子完成一次食物奖赏；传感器一般选用红外传感器或光电传感器，用于自动进行实验时使用，在检测到作为实验对象的鸽子完成需奖励行为后，向微控制器发出奖励信号；微控制器是型号为C8051F320的单片机；旋转驱动装置是型号为MG995的舵机或型号为42BYGH34的步进电机。
十字迷宫包含两层，上面一层为鸽子训练层，下层为布线和装置安装层；将设有平面食盒10的食物奖赏装置安装在十字迷宫尽头的平面隔板处，平面食盒10的底面贴近上层的平面，弧形面朝外，旋转驱动装置1和微控制器安装在十字迷宫下层，作为奖励信号发生器的传感器设置在十字迷宫上层；当微控制器接收到奖励信号后，控制旋转驱动装置1带动平面食盒10顺时针或逆时针旋转180°，使弧形面朝内，对鸽子进行食物奖励；此时，平面食盒10虽然进行了翻转，但其隔离面4依然和十字迷宫尽头的平面隔板契合为一个整体；经过一段时间后，例如2至10秒的任意时间，微控制器则会再给旋转驱动装置1发送一个复位信号，使其再次逆时针旋转或顺时针旋转180°复位，终止奖励，等待下次实验的开始。
当需要用复位开关进行奖励时，将作为奖励信号发生器的复位开关设置在十字迷宫外部。
实施例2
如图1、3、4、7、8所述，本发明所述一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置，应用于具有弧面隔板的圆形迷宫，弧面隔板上设有喂食窗口；所述圆形迷宫上设有奖励信号发生器；该装置包括微控制器、旋转驱动装置1、连接件2和食盒3；所述的微控制器上设有奖励信号接收端口，用于连接圆形迷宫上的奖励信号发生器，接收奖励信号发生器发出的奖励信号；所述微控制器和旋转驱动装置1相连，旋转驱动装置1通过连接件2与食盒3连接；所述连接件2包括第一连接部8和第二连接部9，连接件2通过第一连接部8与旋转驱动装置1可拆卸固定连接，通过第二连接部9与食盒3可拆卸固定连接；所述食盒3设置于圆形迷宫的喂食窗口处，用于盛放奖赏用的固体颗粒食物，旋转驱动装置1通过连接件2能够带动食盒3旋转，微控制器用于控制旋转驱动装置1带动食盒3进行旋转的角度和旋转间隔的时间；所述微控制器接到奖励信号发生器发出的奖励信号后控制食盒3旋转180°并间隔一段时间后发出复位信号，控制食盒3复位。
所述食盒3为曲面食盒11，该曲面食盒11包括底面、弧形面和隔离部5，三者形成一敞口空腔结构，所述隔离部5由相互对称的曲面一6和曲面二7组成，所述曲面一6和曲面二7的弧度与圆形迷宫弧面隔板的弧度相同；该曲面食盒11应用于具有弧面隔板的圆形迷宫，设置于喂食窗口处，位于弧面隔板鸽子无法吃到食物的一侧，此时其隔离部5的曲面一6与弧面隔板上的喂食窗口契合，组成一完整弧面；微控制器控制该曲面食盒11旋转180°后，则曲面食盒11旋转至弧面隔板另一侧，使鸽子能够吃到食物，此时其隔离部5的曲面二7与弧面隔板上的喂食窗口契合，组成一完整弧面；使隔离部5的曲面一6或曲面二7与弧面隔板上的喂食窗口契合组成一完整弧面是为了防止该处透光导致圆形迷宫外部因素影响实验；而且，曲面食盒11的隔离部5大于弧形面，这是为了防止曲面食盒11旋转时，其弧形面容易卡在喂食窗口处影响实验进展。
其中，圆形迷宫中的奖励信号发生器为复位开关或传感器；复位开关用于人为操作实验时使用，操作者通过按压复位开关，使本奖赏装置对作为实验对象的鸽子完成一次食物奖赏；传感器一般选用红外传感器或光电传感器，用于自动进行实验时使用，在检测到作为实验对象的鸽子完成需奖励行为后，向微控制器发出奖励信号；微控制器是型号为C8051F320的单片机；旋转驱动装置是型号为MG995的舵机或型号为42BYGH34的步进电机。
圆形迷宫与十字迷宫类似，也包含两层；将包含曲面食盒11的食物奖赏装置安装在圆形迷宫的弧面隔板处，使曲面食盒11的曲面一6与圆形迷宫的弧面隔板契合，弧形面朝外，旋转驱动装置1、微控制器安装在圆形迷宫下层，作为奖励信号发生器的传感器设置在圆形迷宫上层；当微控制器接收到奖励信号后，控制旋转驱动装置1带动曲面食盒11顺时针或逆时针旋转180°，使弧形面朝内，对鸽子进行食物奖励；此时，曲面食盒11虽然进行了翻转，但其依然和圆形迷宫契合为一个整体；经过一段时间后，例如2至10秒的任意时间，微控制器则会自动再给旋转驱动装置1发送一个复位信号，使其再次逆时针旋转或顺时针旋转180°复位，终止奖励，等待下次实验的开始。
当需要用复位开关进行奖励时，将作为奖励信号发生器的复位开关设置在圆形迷宫外部。
Claims (7)
1.一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置，应用于具有平面隔板的十字迷宫或弧面隔板的圆形迷宫，平面隔板或弧面隔板上设有喂食窗口；所述十字迷宫或圆形迷宫上设有奖励信号发生器；其特征是：该装置包括微控制器、旋转驱动装置、连接件和食盒；所述的微控制器上设有奖励信号接收端口，用于连接十字迷宫或圆形迷宫上的奖励信号发生器，接收奖励信号发生器发出的奖励信号；所述微控制器和旋转驱动装置相连，旋转驱动装置通过连接件与食盒连接；所述连接件包括第一连接部和第二连接部，连接件通过第一连接部与旋转驱动装置可拆卸固定连接，通过第二连接部与食盒可拆卸固定连接；所述食盒设置于十字迷宫或圆形迷宫的喂食窗口处，用于盛放奖赏用的固体颗粒食物，旋转驱动装置通过连接件能够带动食盒旋转，通过食盒的旋转，实现食盒在平面隔板或弧面隔板上鸽子无法吃到食物的一侧与能够吃到食物的一侧之间进行转换，微控制器用于控制旋转驱动装置带动食盒进行旋转的角度和旋转间隔的时间；所述微控制器接到奖励信号发生器发出的奖励信号后控制食盒旋转180°，使食盒在平面隔板或弧面隔板上鸽子能够吃到食物的一侧，间隔一段时间后发出复位信号，控制食盒复位。
2.根据权利要求1所述的一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置，其特征在于：所述食盒为平面食盒，该平面食盒包括底面、弧形面和隔离面，三者形成一敞口空腔结构。
3.根据权利要求2所述的一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置，其特征在于：所述隔离面大于弧形面。
4.根据权利要求1所述的一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置，其特征在于：所述食盒为曲面食盒，该曲面食盒包括底面、弧形面和隔离部，三者形成一敞口空腔结构，所述隔离部由相互对称的曲面一和曲面二组成，所述曲面一和曲面二的弧度与圆形迷宫弧面隔板的弧度相同。
5.根据权利要求4所述的一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置，其特征在于：所述隔离部大于弧形面。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置，其特征在于：所述旋转驱动装置为舵机或步进电机。
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种适于鸽子的旋转式固体颗粒奖赏装置，其特征在于：所述微控制器接到奖励信号发生器发出的奖励信号后间隔2至10秒发出复位信号。
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