CN114514881B - 实验设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种用于被实验动物视觉线索型条件性恐惧实验的实验设备，所述实验设备包括第一箱体；所述第一箱体包括由若干板体围设形成的第一容纳空间，所述第一容纳空间的中部设有隔板，将所述第一容纳空间间隔为第一实验腔和第二实验腔，所述第一实验腔和所述第二实验腔通过隔板间隙连通；所述第一实验腔和所述第二实验腔内均设有第一视觉刺激装置以及第一辅助刺激装置；被实验动物可在所述第一视觉刺激装置和所述第一辅助刺激装置的刺激下从所述隔板间隙往复穿梭于所述第一实验腔和所述第二实验腔。该实验设备具有结构简单可靠，适用性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及动物实验设备的技术领域，具体是涉及一种用于被实验动物视觉线索型条件性恐惧实验的实验设备。
背景技术
对于小动物的应激反应实验，常规技术方案中一般是通过使用穿梭箱、跳台等行为范式，并且灯光作为条件性刺激，来诱导动物的条件性恐惧反应。然而，严格的视觉线索型条件性行为范式要求在训练阶段和测试阶段中，需要使用不同形状的箱体，以场景对动物的影响。因此，与灯光刺激配合的穿梭箱、跳台等行为范式也不是严格的视觉线索型条件性行为范式。
针对这些缺点，我们希望设计出一种比较严格的视觉线索型条件性行为范式，来更加高效地诱导动物的条件性反应，用于研究通过视觉刺激诱导动物条件性反应过程中的神经机制。
发明内容
本申请实施例提供了一种用于被实验动物视觉线索型条件性恐惧实验的实验设备，所述实验设备包括第一箱体；所述第一箱体包括由若干板体围设形成的第一容纳空间，所述第一容纳空间的中部设有隔板，将所述第一容纳空间间隔为第一实验腔和第二实验腔，所述第一实验腔和所述第二实验腔通过隔板间隙连通；所述第一实验腔和所述第二实验腔内均设有第一视觉刺激装置以及第一辅助刺激装置；被实验动物可在所述第一视觉刺激装置和所述第一辅助刺激装置的刺激下从所述隔板间隙往复穿梭于所述第一实验腔和所述第二实验腔。
其中，所述第一辅助刺激装置为设于所述第一实验腔和所述第二实验腔底部的电击板。
其中，所述第一辅助刺激装置为设于所述第一实验腔和所述第二实验腔底部的加热板。
其中，所述第一视觉刺激装置包括显示屏以及LED灯中的至少一种。
其中，所述第一箱体的侧壁为透明材质制成。
其中，所述隔板上还设有光学传感器，所述光学传感器对应所述隔板间隙设置，所述光学传感器用于检测被实验动物是否穿过所述隔板间隙。
其中，所述实验设备还包括第二箱体；所述第一箱体和所述第二箱体分别用于实验过程中的训练阶段以及测试阶段；所述第二箱体包括由若干板体围设形成的第二容纳空间；所述第二容纳空间包括相互连通的第一子空间以及第二子空间，所述第一子空间内设有第二视觉刺激装置，其中，所述第二视觉刺激装置和所述第一箱体内的第一视觉刺激装置相同。
其中，所述第一箱体和所述第二箱体内均设有位置检测传感器，所述位置检测传感器用于检测被实验动物的位置。
其中，所述第一箱体和所述第二箱体的内设有摄像头，所述摄像头用于记录被实验动物的实验状态和位置。
其中，所述第一箱体内设有第二辅助刺激装置，所述第二箱体内设有第三辅助刺激装置，所述第二辅助刺激装置和所述第三辅助刺激装置均为扬声器。
本申请实施例提供的实验设备，通过设计视觉刺激装置与辅助刺激装置配合的形式，拓展了视觉刺激的形式，该实验设备使用主动防御行为评估动物的恐惧程度。具有结构简单可靠，适用性强的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本申请用于被实验动物视觉线索型条件性恐惧实验的实验设备一实施例的部分结构拆分示意图；
图2是本申请实验设备第二箱体一实施例的部分结构拆分示意图；
图3是本申请实验设备第二箱体另一实施例的结构示意图；
图4是本申请实验设备第一箱体另一实施例的结构示意图；
图5是本申请实验设备第二箱体还一实施例的结构示意图；
图6是本申请实验设备第一箱体再一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。本申请实施例中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或组件。
请参阅图1，图1是本申请用于被实验动物视觉线索型条件性恐惧实验的实验设备一实施例的部分结构拆分示意图；本实施例中的用于被实验动物视觉线索型条件性恐惧实验的实验设备可以用于小型实验动物，如大鼠、小鼠、豚鼠、兔子等，此外，也可应用于大动物，如猫、狗、猴子等。该实验设备包括第一箱体100；所述第一箱体100包括由若干板体围设形成的第一容纳空间1000，所述第一容纳空间1000的中部设有隔板101，将所述第一容纳空间1000间隔为第一实验腔1100和第二实验腔1200，所述第一实验腔1100和所述第二实验腔1200通过隔板间隙1010连通；所述第一实验腔1100和所述第二实验腔1200内均设有第一视觉刺激装置110以及第一辅助刺激装置120；被实验动物可在所述第一视觉刺激装置110和所述第一辅助刺激装置120的刺激下从所述隔板间隙1010往复穿梭于所述第一实验腔1100和所述第二实验腔 1200。
所述第一辅助刺激装置120可以为设于所述第一实验腔1100和所述第二实验腔1200底部的电击板或者加热板。所述第一视觉刺激装置 110包括显示屏以及LED灯中的至少一种。本实施例的图示中以第一视觉刺激装置110为显示屏为例进行说明。所述第一箱体100的侧壁为透明材质制成。
第一箱体100的顶面和底面可以皆为开口，四个侧面由透明亚克力板制成，其中有两个对称区域。两个对称区域由两块隔板相隔开，两个隔板由黑色不透明亚克力板制成。两块隔板之间留出一个缝隙，使两个区域相对独立，又部分连通。第一箱体100底面放置足底电击板，足底电击板由电刺激发生器供电。第一箱体100的上方和四周都配有视觉刺激呈现屏幕，视觉刺激呈现屏幕由控制电脑所控制。
可选地，本申请实施例中的实验设备还包括第二箱体200；请参阅图2，图2是本申请实验设备第二箱体一实施例的部分结构拆分示意图，其中，所述第一箱体100和所述第二箱体200分别用于实验过程中的训练阶段以及测试阶段。可选地，所述第二箱体200包括由若干板体围设形成的第二容纳空间2000；所述第二容纳空间2000包括相互连通的第一子空间2100以及第二子空间2200，所述第一子空间2100内设有第二视觉刺激装置210，其中，所述第二视觉刺激装置210和所述第一箱体 100内的第一视觉刺激装置110相同，都可以是显示屏。目的是使得被实验动物在第二箱体200以及第一箱体100内受到同样的视觉刺激，保证实验条件相同。
可选地，请参阅图3，图3是本申请实验设备第二箱体另一实施例的结构示意图，与前述实施例不同的是，本实施例中的第二箱体200的内设有位置检测传感器220，所述位置检测传感器220用于检测被实验动物的位置。其中，所述位置检测传感器220可以为设于所述第二箱体 200的第二容纳空间2000底部的红外触摸屏。所述第二箱体200的内还可以设有摄像头230，所述摄像头230用于记录被实验动物的实验状态。摄像头230的数量可以是一个或者多个。
可选地，请一并参阅图4和图5，图4是本申请实验设备第一箱体另一实施例的结构示意图，图5是本申请实验设备第二箱体还一实施例的结构示意图，与前述实施例不同的是，本申请实施例中的第一箱体100 内设有第二辅助刺激装置140，所述第二箱体200内设有第三辅助刺激装置240，所述第二辅助刺激装置140和所述第三辅助刺激装置240可以均为扬声器。
可选地，第二箱体200的一个设计详细方案可为以下描述。第二箱体200的顶面可以为开口，四个侧面由透明亚克力板制成，底面由白色不透明亚克力板制成。在第二箱体200第一子空间2100的一个边上，设计一个顶面开口的空心长方体区域，作为安全狭窄区(第二子空间 2200)。安全狭窄区的侧面由黑色不透明亚克力板制成，底面由白色不透明亚克力板制成。第二箱体200的上方和四周都配有视觉刺激呈现屏幕(第二视觉刺激装置210)，视觉刺激呈现屏幕由控制电脑所控制。
可选地，请参阅图6，图6是本申请实验设备第一箱体再一实施例的结构示意图，本实施例中的第一箱体100同样包括由若干板体围设形成的第一容纳空间1000，所述第一容纳空间1000的中部设有隔板101，将所述第一容纳空间1000间隔为第一实验腔1100和第二实验腔1200，所述第一实验腔1100和所述第二实验腔1200通过隔板间隙1010连通；所述第一实验腔1100和所述第二实验腔1200内均设有第一视觉刺激装置110以及第一辅助刺激装置120；被实验动物可在所述第一视觉刺激装置110和所述第一辅助刺激装置120的刺激下从所述隔板间隙1010 往复穿梭于所述第一实验腔1100和所述第二实验腔1200。所述第一辅助刺激装置120可以为设于所述第一实验腔1100和所述第二实验腔 1200底部的电击板或者加热板。所述第一视觉刺激装置110包括显示屏以及LED灯中的至少一种。本实施例的图示中以第一视觉刺激装置110 为显示屏为例进行说明。所述第一箱体100的侧壁为透明材质制成。
与前述实施例不同的是，本实施例中的实验设备还包括光学传感器 150，光学传感器150设于隔板101上，所述光学传感器150对应所述隔板间隙1010设置，所述光学传感器150用于检测被实验动物是否穿过所述隔板间隙1010。光学传感器150具体可以是红外传感器或者激光传感器等。
接下来将对实验设备的具体结构以及实验方法进行详细说明。
该实验设备主要包含两个箱体：第一箱体100和第二箱体200。第一箱体100底面配有一块足底电击板或者加热板(第一辅助刺激装置 120)，足底电击板由电刺激发生器供电。第一箱体100中有两个对称区域(第一实验腔1100和第二实验腔1200)。两个对称区域由隔板101相隔开。隔板中间留出一个隔板间隙1010，使两个区域相对独立，又部分连通。第一箱体100的上方和四周配有视觉刺激呈现屏幕(第一视觉刺激装置110)，视觉刺激呈现屏幕由控制电脑所控制。在第二箱体200的第一子空间2100旁边配有一个安全狭窄区(第二子空间2200)。第二箱体200上方和四周也配有视觉刺激呈现屏幕(第二视觉刺激装置210)，视觉刺激呈现屏幕由控制电脑所控制。
实验过程的操作流程如下：该实验过程分为两个阶段：训练阶段和测试阶段。每个阶段的重复次数、两个阶段之间的时间间隔，以及整个阶段组合序列，可由实验人员根据实际实验情况自由设置，如“训练阶段-24小时-测试阶段”、“训练阶段-12小时-训练阶段-24小时-测试阶段-12小时-测试阶段”等。在训练阶段中，实验人员可以使用第一箱体100。实验开始时，实验人员将被实验动物放入第一箱体100中，使该被实验动物在第一箱体100中自由探索一段时间，从而使其熟悉箱体环境。自由探索结束以后，无论该被实验动物处于任何位置，实验人员可立即通过视觉刺激呈现屏幕和足底电击板，分别给予特定的视觉刺激和足底电击，分别作为条件性刺激和非条件性刺激。该视觉刺激呈现的所属区域与触发时刻该被实验动物所处区域相同。当接受到特定的视觉刺激和足底电击时，该被实验动物便可能会一定程度地学会该视觉刺激具有危险性。并且，由于需要躲避足底电击造成的疼痛伤害，该被实验动物在箱体中急速地四处奔跑，寻找安全区域。当光学传感器150检测到被实验动物从箱体的其中一个区域穿过隔板间隙1010逃跑进入另一个区域以后，足底电击便会停止。若该被实验动物没有从箱体的其中一个区域穿过隔板间隙1010逃跑进入另一个区域，则足底电击会一直持续到实验人员所设置的时长以后。此外，在特定的视觉刺激呈现过程中，无论该被实验动物是否从箱体的其中一个区域穿过隔板间隙1010逃跑进入另一个区域，特定的视觉刺激都会一直持续到实验人员所设置的时长以后。当特定的视觉刺激和足底电击结束以后，该被实验动物会经历一段刺激间隔期。在刺激间隔期中，即使该被实验动物处于任何位置，实验人员也不能给予特定的视觉刺激和足底电击。等到刺激间隔期结束以后，实验人员方可重新分别给予特定的视觉刺激和足底电击。同样，无论该被实验动物处于任何位置，实验人员可立即给予特定的视觉刺激和足底电击。如此循环，直到整个训练阶段的实验结束。
在测试阶段中，实验人员使用第二箱体200。实验室开始时，实验人员将被实验动物放入第二箱体200中，使该被实验动物在第二箱体200 中自由探索一段时间，从而使其熟悉箱体环境。自由探索结束以后，实验人员可等待该被实验动物走动到除安全狭窄区(第二子空间2200)以外的特定位置，在这里我们把这个特定位置称为刺激触发位置(第一子空间2100)。此时，实验人员可通过视觉刺激呈现屏幕(第二视觉刺激装置210)，给予特定的视觉刺激，作为条件性刺激。当接受到特定的视觉刺激时，由于可能已经一定程度地学会该视觉刺激具有危险性，该被实验动物便可能会逃跑进入安全狭窄区(第二子空间2200)。在特定的视觉刺激呈现过程中，无论该被实验动物在是否进入安全狭窄区，特定的视觉刺激都会一直持续到实验人员所设置的时长以后。当特定的视觉刺激结束以后，该被实验动物会经历一段刺激间隔期。在刺激间隔期中，即使该被实验动物走动到刺激触发位置时，实验人员也不能给予特定的视觉刺激。等到刺激间隔期结束以后，实验人员方可重新等待该被实验动物走动到刺激触发位置，再次给予特定的视觉刺激。如此循环，直到整个测试阶段的实验结束。
实验开始时，实验人员可将被实验动物从第一箱体100以及第二箱体200的顶面开口放入箱体。实验结束后，实验人员可将被实验动物从第一箱体100以及第二箱体200的顶面开口从箱体中取出。在实验过程中，实验人员可在第一箱体100以及第二箱体200底面安装红外触摸屏组件(位置检测传感器)，以及在第一箱体100以及第二箱体200上方安装摄像头。在实验过程中，被实验动物的移动轨迹可由红外触摸屏组件以及摄像头实时识别与记录。在训练阶段中，当到达触发时刻，可根据被实验动物所处区域，实时发送视觉刺激触发信号和足底电击触发信号给控制电脑，从而使视觉刺激呈现屏幕呈现特定的视觉刺激和使足底电击板呈现电击。在测试阶段中，可在被实验动物到达刺激触发位置时，实时发送视觉刺激触发信号给控制电脑，从而使视觉刺激呈现屏幕呈现特定的视觉刺激。
在该实验过程中，实验人员也可通过人工方法，实时识别和记录被实验动物的移动轨迹。在训练阶段中，当到达触发时刻，可根据被实验动物所处区域，实时发送视觉刺激触发信号和足底电击触发信号给控制电脑，从而使视觉刺激呈现屏幕呈现特定的视觉刺激和使足底电击板呈现电击。在测试阶段中，可在被实验动物到达刺激触发位置时，实时发送视觉刺激触发信号给控制电脑，从而使视觉刺激呈现屏幕呈现特定的视觉刺激。按照线索型条件性恐惧行为范式设计的基本要求，被实验动物需要同时或几乎同时接受条件性刺激和非条件性刺激，因此特定视觉刺激呈现的所属区域需要与触发时刻该被实验动物所处区域相同。在实验人员给予第一次刺激前，被实验动物在第一箱体或第二箱体中自由探索的时长，可由实验人员根据实际实验情况自行设置。刺激触发位置，可由实验人员根据实际实验情况自行设置。视觉刺激的形式与持续时长，可由实验人员根据实际实验情况自行设置。理论上，实验人员可通过控制电脑编写程序，使视觉刺激呈现屏幕呈现任何形式的视觉刺激。足底电击的电流强度与持续时长，可由实验人员根据实际实验情况自行设置。视觉刺激和足底电击的延迟时间，可由实验人员根据实际实验情况自行设置。在训练阶段，该延迟时间可被理解为，从触发时刻到视觉刺激或足底电击开始呈现的时间间隔。在测试阶段，该延迟时间可被理解为，从被实验动物到达刺激触发位置到视觉刺激或足底电击开始呈现的时间间隔。刺激间隔期时长，可由实验人员根据实际实验情况自行设置。刺激循环的次数，可由实验人员根据实际实验情况自行设置。在训练阶段中，一次刺激循环，可被理解为当到达触发时刻，被实验动物接受刺激，等待刺激结束，再等待刺激间隔期结束。在测试阶段中，一次刺激循环，可被理解为被实验动物走动到刺激触发位置，接受刺激，等待刺激结束，再等待刺激间隔期结束。
该实验设备的箱体组合整体设计，包含第一箱体和第二箱体。其中，第一箱体用于训练阶段，第二箱体用于测试阶段。按照线索型条件性恐惧行为范式设计的基本要求，不同形状的箱体被要求分别用于训练阶段和测试阶段。因此，该实验设备的箱体组合整体设计和在不同阶段使用不同形状的箱体，可以使得实验效果很好，结果更加准确。训练阶段中，当接受特定的视觉刺激和足底电击时，被实验动物会从第一箱体的其中一个区域穿过隔板间隙1010逃跑进入另一个区域。实验人员可通过被实验动物逃跑的一些参数，如从刺激出发位置逃跑进入另一区域的持续时间、逃跑速度等，评估被实验动物的恐惧程度。在测试阶段中，当接受特定的视觉刺激时，被实验动物会从刺激触发位置逃跑进入安全狭窄区。实验人员可通过被实验动物逃跑的一些参数，如从刺激出发位置逃跑进入安全狭窄区的持续时间、逃跑速度等，评估被实验动物的恐惧程度。这是相比于常规技术方案中的类似实验的一种特别的技术效果。
本申请实施例提供的实验设备，通过设计视觉刺激装置与辅助刺激装置配合的形式，拓展了视觉刺激的形式，该实验设备使用主动防御行为评估动物的恐惧程度。评估参数的多样化，使研究人员能够从更加全面地评估动物的恐惧状态，从而使他们更加全面地理解动物的恐惧情绪及其背后的神经机制。该实验设备已经过多次实验、模拟、使用，证明可行，并且能够更加高效地通过视觉刺激诱导出动物的条件性恐惧反应。该实验设备具有结构简单可靠，适用性强的特点。
以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于被实验动物视觉线索型条件性恐惧实验的实验设备，其特征在于，所述实验设备包括第一箱体以及第二箱体，所述第一箱体和所述第二箱体分别用于实验过程中的训练阶段以及测试阶段；
所述第一箱体包括由若干板体围设形成的第一容纳空间，所述第一容纳空间的中部设有隔板，将所述第一容纳空间间隔为第一实验腔和第二实验腔，所述第一实验腔和所述第二实验腔通过隔板间隙连通；
所述第二箱体包括由若干板体围设形成的第二容纳空间，所述第二容纳空间包括相互连通的第一子空间以及第二子空间，所述第二子空间为顶面开口的空心长方体区域；
所述第一实验腔和所述第二实验腔内均设有第一视觉刺激装置以及第一辅助刺激装置，被实验动物可在所述第一视觉刺激装置和所述第一辅助刺激装置的刺激下从所述隔板间隙往复穿梭于所述第一实验腔和所述第二实验腔；
所述第一子空间内设有第二视觉刺激装置，其中，所述第二视觉刺激装置和所述第一箱体内的第一视觉刺激装置相同。
2.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述第一辅助刺激装置为设于所述第一实验腔和所述第二实验腔底部的电击板。
3.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述第一辅助刺激装置为设于所述第一实验腔和所述第二实验腔底部的加热板。
4.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述第一视觉刺激装置包括显示屏以及LED灯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述第一箱体的侧壁为透明材质制成。
6.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述隔板上还设有光学传感器，所述光学传感器对应所述隔板间隙设置，所述光学传感器用于检测被实验动物是否穿过所述隔板间隙。
7.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述第一箱体和所述第二箱体内均设有位置检测传感器，所述位置检测传感器用于检测被实验动物的位置。
8.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述第一箱体和所述第二箱体的内设有摄像头，所述摄像头用于记录被实验动物的实验状态和位置。
9.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述第一箱体内设有第二辅助刺激装置，所述第二箱体内设有第三辅助刺激装置，所述第二辅助刺激装置和所述第三辅助刺激装置均为扬声器。
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