CN113080080A - 一种大鼠强迫游泳试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大鼠强迫游泳试验装置及试验方法，涉及小动物运动试验技术领域，大鼠强迫游泳试验装置，其包括一侧开口的背板箱，背板箱内固定有顶端敞开且透明的水桶，水桶的底部固定有加热套，加热套上连接有温度恒定器，水桶底端滑动连接有滑动板，滑动板的底面上固定有升降器，滑动板的顶面上可拆卸连接有充气式包围套；背板箱的开口侧通过调整架安装有对准水桶的移动跟踪摄像头。解决了现有技术中的大鼠强迫游泳试验装置的试验结果受试验者的经验和主观判断影响较大且适用范围小的问题。

Description

一种大鼠强迫游泳试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及小动物运动试验技术领域，特别是涉及一种大鼠强迫游泳试验装置及试验方法。

背景技术

大鼠强迫游泳试验是行为绝望抑郁模型中的一种，因为应激可以引起人类及动物的抑郁，而运动通常又可以纠正应激引起的异常行为，所以应激可以作为制造抑郁模型的手段。大鼠强迫游泳试验通常使用体重为160～180g的雄性大鼠，将大鼠放入水中，进行15min“前游泳”，再将大鼠取出在热风下吹干，进行运动干预，干预后放入笼中饲养，待“前游泳”应激24小时后，将大鼠再次置于泳池中，进行5min“测试游泳”，测评大鼠游泳行为与不动行为，分析干预措施对大鼠行为的影响。

现有技术中在进行大鼠强迫游泳试验时，在测评大鼠游泳行为与不动行为时往往是通过试验者的经验进行判断，对于新手来说，很难掌握试验技巧，且试验结果很容易受试验者的主观影响，使得出的结果准确性降低。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种大鼠强迫游泳试验装置及试验方法，解决了现有技术中的大鼠强迫游泳试验装置的试验结果受试验者的经验和主观判断影响较大且适用范围小的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种大鼠强迫游泳试验装置，其包括一侧开口的背板箱，背板箱内固定有顶端敞开且透明的水桶，水桶的底部固定有加热套，加热套上连接有温度恒定器，水桶底端滑动连接有滑动板，滑动板的底面上固定有升降器，滑动板的顶面上可拆卸连接有充气式包围套；背板箱的开口侧通过调整架安装有对准水桶的移动跟踪摄像头。

移动跟踪摄像头依次与影像接收模块、影像处理模块、总控模块和测评模块连接，移动跟踪摄像头用于跟踪采集大鼠的影像信息并将影像信息发送到影像处理模块进行影像处理，总控模块控制测评模块对处理后的影像信息进行测评并输出测评结果。

一种使用上述大鼠强迫游泳试验装置的试验方法，其特征在于，包括：

通过加热套将水桶中水深为60cm的水加热到30±2℃并保持，将大鼠放入水中，调整移动跟踪摄像头使其对准大鼠并打开录像，测评模块对移动跟踪摄像头获取的影像记录大鼠在泳池中出现的不动行为时间以及每300s中每5s末各种行为出现的频率进行记录。

本发明的有益效果为：

本方案中的大鼠强迫游泳试验装置通过加热套的设置能够对水桶中的水进行加热并保温，使大鼠在最适宜的水温中进行试验，有利于提高试验数据的准确性；背板箱的设置使透明的水桶除了观察侧其它侧面均有背板箱的遮光，可以减少透明水桶中水珠对试验造成的影响，使采集的图像更加清晰、准确。

移动跟踪摄像头能够根据大鼠的移动进行移动聚焦，全程记录大鼠的活动情况，采集的图像通过影像接收模块和影像处理模块处理后，通过测评模块对大鼠的活动状态进行分析，测评模块通过预先训练后，能够准确地分析大鼠的活动，降低了对试验人员经验的依赖，有利于形成专业的系统分析，提高准确性。

水桶的底板为滑动板，升降器驱动滑动板沿着水桶轴向上升，接近水面时，给充气式包围套充气，从而可以将大鼠围在充气式包围套内，试验人员可以向上拉动充气式包围套即可将大鼠从水桶中取走，方便进行后面的烘干和运动干预过程，不需要额外使用网兜或者其它工具对大鼠进行打捞，提高了方便性，滑动板缓慢移动，也不容易引起大鼠惊吓，让大鼠情绪的稳定，更有利于提高试验数据的准确性。在大鼠游泳过程中，滑动板位于最底端时，充气式包围套未充气时，是一层柔软的布状贴于滑动板顶面上，不会占据过多的水中空间，不会干扰大鼠的游泳过程。

附图说明

图1为大鼠强迫游泳试验装置的立体图。

图2为滑动板位于底端的水桶剖视图。

图3为滑动板位于顶端的水桶剖视图。

图4为图3中A处的放大图。

其中，1、背板箱；11、箱门；2、水桶；21、外桶；3、加热套；31、电加热环；32、导热层；33、隔热层；4、滑动板；42、充气室；5、升降器；51、活塞杆；6、充气式包围套；61、平整部；62、充气环；63、提手环；64、充气柱；7、调整架；71、水平导轨；72、支撑架；73、紧固头；8、移动跟踪摄像头；9、大鼠。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1～图4所示，该大鼠强迫游泳试验装置包括一侧开口的背板箱1，背板箱1内固定有顶端敞开且透明的水桶2，水桶的底部固定有加热套3，加热套3上连接有温度恒定器，水桶2底端滑动连接有滑动板4，滑动板4的底面上固定有升降器5，滑动板4的顶面上可拆卸连接有充气式包围套6；背板箱1的开口侧通过调整架7安装有对准水桶的移动跟踪摄像头8。

背板箱1为去掉前侧板的矩形箱，矩形箱的顶板为箱门11，箱门11的一端与背板箱1通过合页连接。背板箱1的设置除了能够让移动跟踪摄像头8采集的图像更加清晰，还能够给大鼠创造一种封闭环境的感觉，让大鼠更加容易意识到这是一个封闭的环境，以拼命挣扎试图逃跑，才能达到试验的效果。

透明的水桶2便于试验者观察和移动跟踪摄像头8采集影像。在水桶2外还一体套接有外桶21，外桶21的顶端敞开且内径大于水桶2的外径，使得外桶21与水桶2之间有足够的空间安装加热套3。外桶21的高度高于水桶2的高度，若大鼠从水桶2中逃脱，也只会落入外桶21中，而无法逃走，防止大鼠损失。

加热套3套接于水桶的底部，加热套3包括电加热环31，电加热环31的内侧通过导热层32紧贴于水桶2的外壁上，导热层32为导热材料，用来将电加热环产生的热量透过水桶2传递给水桶内的水中，使水的温度升高到试验最适宜的温度30±2℃。因为大鼠行为会受到水温影响，在冷水中容易出现静止不动行为，相反，在温度较高水中不动行为出现较晚，更有利于提高试验的准确性。所以通常将水温设定在30±2℃。电加热环31的外侧包裹有隔热层33，通过隔热层33能够一定程度上降低热量的散失，节省能源。

温度恒定器包括紧贴于水桶2外壁上的温度传感器，以及根据温度传感器的检测温度自动控制电加热环加热温度的温度控制器。温度传感器的探头优选设置为片状或紧贴于水桶2壁面上的圆弧状，增大探头测量端与水桶2的接触面积，以提高温度检测的准确性。

滑动板4的外壁与水桶2的内壁间隙配合。间隙配合是为了滑动板4能够顺畅地沿着水桶2轴向移动，滑动板4上移过程中，上方的水也能够通过间隙流入下方，从而保证水面位置不改变，进而依靠滑动板4的上移来将大鼠移出水面，以方便试验者取出大鼠。

升降器5为气缸，气缸安装于背板箱1的下方，气缸的活塞杆51与滑动板固定连接，活塞杆51穿过水桶2的底板并通过密封圈实现动密封，使得活塞杆51在伸缩过程中，不会造成水桶2中的水泄露。

充气式包围套6包括位于中部的平整部61以及合围于平整部61四周的充气环62，充气环62内腔与充放气装置连通，充气环62充气以后能够遮盖住平整部61的上方。充气环62的形状通过预先定型成图4中所示形状，其实现方式类似于各种具有造型的气球，比如具有兔子耳朵样的气球。未充气时，充气环6耷拉在滑动板4的顶面上，充气后成为图4中所示形状，能够将大鼠9合围后，便于试验者从水中拿走大鼠。

充气环62的顶部设置有与充气环内部连通的提手环63，充气环62的底部固定有充气柱64，充气柱64与设置于滑动板4上的充气室42密封插接，平整部61和充气环62的外边缘与滑动板4的顶面通过粘扣带粘接。在给充气环62充气时会让提手环63充气，充气后的提手环63便于试验者握持后提拉。平整部61和充气环62的外边缘与滑动板4的顶面通过粘扣带粘接，使得充气式包围套6的连接处形状更加容易固定，不会因为充气后改变，以保证充气式包围套6对大鼠9的包裹。充气柱64的外圆柱面上固定有橡胶圈，依靠橡胶圈与滑动板4上对应的孔洞挤压实现气密封，通过充气柱64将充气室42中气体引入充气环62中。充气式包围套6与滑动板4的上述连接，可以方便试验者可以将充气式包围套6从滑动板4上分离，进而直接带走大鼠9进行烘干、运动干预的操作。

调整架7包括水平导轨71和滑动设置于水平导轨71上的支撑架72，移动跟踪摄像头8通过紧固头73套接于支撑架72上，紧固头73能够沿着支撑架72上下移动。

移动跟踪摄像头8依次与影像接收模块、影像处理模块、总控模块和测评模块连接，移动跟踪摄像头8用于跟踪采集大鼠的影像信息并将影像信息发送到影像处理模块进行影像处理，总控模块控制测评模块对处理后的影像信息进行测评并输出测评结果。

测评模块是一种DeepLabCut深度神经网络，使用50层ResNet(残差网络)和读出机制，首先从一批大鼠的标准试验动作视频中抓取图片进行标注(只需较少的数据集，一般少于200)，输入到DeepLabCut深度神经网络中进行训练，训练出标准动作模型。对于大鼠身体的关键点，比如脚、腿和膝关节等，针对运动特点进行训练识别。

从大鼠的标准动作视频中截取的帧图片经过标注后，可由网络输入端输入标注好的数据集，然后中间经过50层残差网络和卷积操作，加上最后一层全连接网络最终得到标注好的关键点的帧图片。大鼠运动部位的关键点，即标准身体动作数据中的关键点可作为动作比对的基准。

传统的卷积网络或者全连接网络在信息传递的时候或多或少会存在信息丢失，损耗等问题，同时还有导致梯度消失或者梯度爆炸，导致很深的网络无法训练。本实施例采用的残差网络在一定程度上解决了这个问题，通过直接将输入信息绕道传到输出，可保护信息的完整性，整个网络只需要学习输入、输出差别的那一部分，简化学习目标和难度，提升关节抓取的效果。

一种使用上述大鼠强迫游泳试验装置的试验方法，其包括：

通过加热套3将水桶2中水深为60cm的水加热到30±2℃并保持，将大鼠放入水中，进行15min“前游泳”，“前游泳”对大鼠而言是一种不可逃避的应激，造成“抑郁反应”。然后将大鼠从泳池中取出、烘干，进行运动干预，干预后放回笼中饲养。“前游泳”应激24h后，将大鼠再次置于泳池中，进行5min“测试游泳”，全称通过移动跟踪摄像头8追踪采集大鼠的影像，影像中带有时间，分析在“测试游泳”阶段的300s中每5s末大鼠的游泳行为、攀爬行为和静止不动行为出现的频率，攀爬行为指大鼠在泳池中沿着泳池内壁使用前爪向上攀爬的行为；游泳行为指大鼠在泳池内水平面上、泳池内四周游动；静止不动行为，指大鼠除了为避免没入水中而向上的主动运动外，无其他行为。

Claims (9)

1.一种大鼠强迫游泳试验装置，其特征在于，包括一侧开口的背板箱，所述背板箱内固定有顶端敞开且透明的水桶，所述水桶的底部固定有加热套，所述加热套上连接有温度恒定器，所述水桶底端滑动连接有滑动板，所述滑动板的底面上固定有升降器，所述滑动板的顶面上可拆卸连接有充气式包围套；所述背板箱的开口侧通过调整架安装有对准所述水桶的移动跟踪摄像头；

所述移动跟踪摄像头依次与影像接收模块、影像处理模块、总控模块和测评模块连接，所述移动跟踪摄像头用于跟踪采集大鼠的影像信息并将影像信息发送到影像处理模块进行影像处理，所述总控模块控制所述测评模块对处理后的影像信息进行测评并输出测评结果。

2.根据权利要求1所述的大鼠强迫游泳试验装置，其特征在于，所述加热套套接于所述水桶的底部，所述加热套包括电加热环，所述电加热环的内侧通过导热层紧贴于所述水桶的外壁上，所述电加热环的外侧包裹有隔热层。

3.根据权利要求2所述的大鼠强迫游泳试验装置，其特征在于，所述温度恒定器包括紧贴于所述水桶外壁上的温度传感器，以及根据所述温度传感器的检测温度自动控制所述电加热环加热温度的温度控制器。

4.根据权利要求1所述的大鼠强迫游泳试验装置，其特征在于，所述滑动板的外壁与所述水桶的内壁之间设置有，所述安装于所述滑动板上，所述滑动板的外壁与所述水桶的内壁间隙配合。

5.根据权利要求1所述的大鼠强迫游泳试验装置，其特征在于，所述升降器为气缸，所述气缸安装于所述背板箱的下方，所述气缸的活塞杆与所述滑动板固定连接。

6.根据权利要求1所述的大鼠强迫游泳试验装置，其特征在于，所述充气式包围套包括位于中部的平整部以及合围于所述平整部四周的充气环，所述充气环内腔与充放气装置连通，所述充气环充气以后能够遮盖住所述平整部的上方。

7.根据权利要求6所述的大鼠强迫游泳试验装置，其特征在于，所述充气环的顶部设置有与所述充气环内部连通的提手环，所述充气环的底部固定有充气柱，所述充气柱与设置于所述滑动板上的充气室密封插接，所述平整部和所述充气环的外边缘与所述滑动板的顶面通过粘扣带粘接。

8.根据权利要求1所述的大鼠强迫游泳试验装置，其特征在于，所述调整架包括水平导轨和滑动设置于水平导轨上的支撑架，所述移动跟踪摄像头通过紧固头套接于所述支撑架上，所述紧固头能够沿着所述支撑架上下移动。

9.一种使用权利要求1～8任一所述大鼠强迫游泳试验装置的试验方法，其特征在于，包括：

通过加热套将水桶中水深为60cm的水加热到30±2℃并保持，将大鼠放入水中，调整移动跟踪摄像头使其对准大鼠并打开录像，测评模块对移动跟踪摄像头获取的影像记录大鼠在泳池中出现的不动行为时间以及每300s中每5s末各种行为出现的频率进行记录。

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