CN202637176U - 用于创伤应激实验的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于创伤应激实验的装置，该装置包括箱体，所述箱体内侧面设置有用于安装组合板的插槽，组合板中的纵板与横板呈十字交叉契合，纵板、横板的两端分别与箱体内侧面的插槽插接，箱体的底板内侧设置有可通过电流的栅栏和若干个通气孔，底板的外侧安装固定有振动驱动器和气体发生器，箱体的底部设有用于收集动物排泄物的抽拉式收集板，箱体的一侧壁安装喇叭，箱体另一侧壁安装电流刺激驱动器，顶板安装有噪声驱动器、摄像头、光刺激源、喇叭、电流刺激驱动器与栅栏电连接。本实用新型可提供多种创伤的应激环境，适应于不同大小的实验对象。

Description

用于创伤应激实验的装置

技术领域

本实用新型涉及一种实验仪器，特别涉及一种用于创伤应激实验的装置。

背景技术

应激是指机体在受到各种内外环境因素刺激时所出现的非特异性全身反应。引起应激的应激源包括生理因素、环境因素及心理社会文化因素，机体通过生理及行为认知反应来自我调节以维持内环境的稳定及功能的正常发挥。但当应激不足、过度或延长时，就会对机体功能产生负面影响。近年来随着“911”、“SARS”、海啸、地震、伊拉克战争、汶川地震、重大交通事故等突发性灾难事件的发生，各种创伤应激引发的精神障碍居高不下。当前研究业已证实，过度的应激，特别是慢性应激可诱发或加重许多诸如复发性抑郁症及慢性应激与创伤后应激障碍(PTSD)等神经精神疾病。长期暴露于应激情境中会引起大脑关键核团比如海马萎缩，并进而诱发或加重一些应激相关的神经精神障碍。越来越多的研究表明应激对脑结构及功能是一种重要的调控因素，因此应用实验动物对应激开展各个层次的研究非常有必要。

既往关于动物应激的相关实验主要是直接从肢体造成的创伤、或者采用多种应激组合来模拟不同程度的创伤应激，比如复合应激模式，束缚应激、水下应激、疲劳应激以及单一刺激应激等模式，这些创伤应激模式在模型复制时，实验者不断地直接接触动物，极易造成实验动物的紧张而影响实验结果，造成二次应激；且在模型判定，通常是应激过后来借助于分隔的不同的行为学检测工具来判定，缺乏时效性。

同时由于实验结果是实验者的主观判断或手工记录实验数据，缺乏有效的测量与分析评估方法，使得这些方法有费时、干扰大、客观性差、定量化程度低，受人为主观因素干扰大等缺陷。特别是在药物研究方面，需要观察药物对大脑学习记忆、认知功能及情绪等影响，以及药物作用机理、药效观察、新药研究等需要符合各种刺激要求和动物体型规格的行为学训练，要求实验动物的基本生理数据要求细致准确。目前，为避免实验误差过大，减少相应的不必要应激，在为适应不同模型制作和实验设计要求，以及不同的动物规格需要购买不同仪器，比方小鼠、大鼠、家兔的专门规格仪器，而现有的仪器设计只针对单只动物训练或者制作，无法批量复制模型，导致实验工作人员需要耗费大量宝贵时间，工作和实验效率低。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提供一种用于创伤应激实验的装置。它可以方便地适应于不同大小的实验对象，提供多种创伤的应激环境，实现应激模式1种或多种刺激模式同时进行，并可实时或事后分析。

本实用新型的技术方案是：

用于应激实验的装置，该装置包括箱体，所述箱体内侧面设置有用于安装组合板的插槽，组合板中的纵板与横板呈十字交叉契合，纵板、横板的两端分别与箱体内侧面的插槽插接，箱体的底板内侧设置有可通过电流的栅栏和若干个通气孔，底板的外侧安装固定有振动驱动器和气体发生器，箱体的底部设有用于收集动物排泄物的抽拉式收集板，箱体的一侧壁安装喇叭，箱体另一侧壁安装电流刺激驱动器,顶板安装有噪声驱动器、摄像头、光刺激源、喇叭、电流刺激驱动器与栅栏电连接。

组合板为隔音、不透光医用有机板。

所述箱体为矩形，其前、后内侧面等距离地设置若干个纵向贯穿其内侧面的插槽，左、右内侧面的中间对称设置有一纵向贯穿内侧面的插槽。

所述插槽为突出于位于该插槽的内侧面的凸起。

所述组合板的端面均设置有与插槽对应的凹陷。

所述组合板的纵板设置有向下开口的槽。

电流刺激驱动器连接的4个电极，其中第一个电极连接栅栏产生恒流刺激，使栅栏产生恒流、恒压刺激；第二个电极连接毛刷产生触觉刺激；第三个电极连接振动器产生震动刺激，第四个电极连接气体发生器，产生气体刺激。电流刺激驱动器还可以根据需要所作的应激实验不同，分别连接不同的电极，带动电极做不同的刺激，如做肌肉张力、心电、皮肤阻抗等对应的应急刺激实验。

本实用新型装置的小训练室，可以根据动物体态的大小进行组合，应用范围广，并且可以多只动物同时进行，提高了实验效率。本实用新型装置所述的组合板为隔音、不透明医用有机板，有便于加工的优点。

本装置的优点：

1.实时客观性强、获取信息量大，可以提供主要使用的指标潜伏期和错误次数，并且利用图像处理、模式识别、红外等技术还可提取包括实验动物时间及路程、运动及静息时间、绘制曲线图等指标。可直接视频监控、分析，减少观察过程中的干扰性，有效保证动物造模的稳定性和有效性，科学化程度高；

2.自动化、智能化程度高、客观规范性好，操作简单，实验人员不需要具有长期的行为学研究经验，在实验时可通过视频直接观察动物活动情况。

3.系统配置低廉，大众化较高，可以用于神经科学实验研究领域。

4.可根据情况同步记录多种定量化的行为学指标，比如采集一个或多个动物在一个或多个区域内不同时间的位置，速度，停留时间，运动轨迹，运动距离等指标，所得数据细致、准确；

5.对采集数据进行在线、或事后后深入分析，容易发现较新颖的更有说服力的行为学新指标（实验参数）；

6.容易建立创伤应激的检测、判断标准，排除人为主观因素的干扰；

7.可以将生理参数与行为学指标结合起来进行同步记录、分析，这也是现代行为学研究的发展趋势之一。

本装置经过动物实验验证，其可用于单或者多种创伤应激动物模型建立、学习记忆以及神经领域内不同模型的药理和生理研究等研究领域，特别在是在实验动物的在线分析和线下分析，避免了手工记录中常常出现的误差，也利于其后的数据整理与分析。自动化的记录和初步统计为我们提供了大量数据，对实验动物运动的评估和选择合理的参数，亦是本实验关注的重点。以特定时间段内实验动物的移动速率的累加计数作为指标，可以较好地反映其运动情况，稳定性好，操作灵活，节省人力、经费的优点。

本装置也可以根据创伤应激实验的需要添加各种传感器比如肌肉张力、心电、皮肤阻抗等数据信息采集，可以与实验室的现有采集比如多导生理采集系统或者活动遥感等设置整合。

附图说明

图1为本装置箱体结构示意图；

图2为纵板的结构示意图；

图3A为实验动物大鼠在接受创伤应激时的原始图象;

图3B与实验动物大鼠在接受创伤应激时的同步处理的轮廓化图象；

图4为创伤应激实验大鼠的即时重心轨迹图；

图5为创伤应激实验大鼠的即时灰度重心分布图；

图6为系统对实验大鼠的各运动速率依时间变化的示意图；

图7为单位时间内实验大鼠各移动速率计数统计直方图；

图8为实验大鼠运动水平M值的时间依赖性变化示意图；

图9为实验大鼠运动水平值时间依赖性变化示意图。

图中，1为箱体，2为顶板，3为收集板，4为横板，5为纵板，6为底板，7为通气孔，8为栅栏，9为槽，10为LED灯，11为噪声驱动器，12为摄像头，13为插槽。

具体实施方式

本实施例主要器件如下：

光刺激源采用大功率的LED灯珠；

喇叭为常用的3瓦2寸亮盆全频喇叭；

噪声驱动器采用功放驱动器，可采用功放和音箱，对计算机输出的音频信号进行功率放大，驱动喇叭发声。采用的芯片是美国Power AnalogMicroelectronics公司生产的D类功放芯片PAM8303D。此外噪声驱动器模块还设置4个欧姆龙继电器G3VM-201G1，用于控制四个箱体音频信号的开关。单片机输出的控制信号经由CPLD输出控制四个继电器的开关。

红外摄像头采用深圳嘉仕纳数码科技有限公司生产的i-e031红外线摄像头，1200万像素，640*480分辨率；

气体发生器采用气体输出为200g/cm²~500g/cm²的气泵；

震动驱动器采用振动频率为100Hz，输入功率为10～15W的震动器；

箱体是由不透光的树脂材料制成，尺寸40cm×20cm×15cm；

栅栏由不锈钢管制成，直径5mm，间隔10mm。

参见图1至图4，用于应激实验的装置包括箱体、控制系统15，所述箱体1与控制系统电连接。其中，箱体内侧面设置有用于安装组合板的插槽13，组合板中的纵板5与横板4呈十字交叉契合，纵板、横板的两端分别与箱体内侧面的插槽插接，箱体的底板内侧设置有可通过电流的栅栏8和若干个通气孔7，底板6的外侧安装固定有与控制系统电连接的振动发生器和气体发生器（图中未标示出），箱体的底部设有用于收集动物排泄物的抽拉式收集板3，箱体的一侧壁安装喇叭（图中未标示出），箱体另一侧壁安装电流发生器（图中未标示出）,顶板2安装有与控制系统电连接的噪声驱动器11、摄像头12、光刺激源（LED灯10）；喇叭与噪声驱动器11电连接，电流刺激驱动器的一个电极与栅栏电连接。

所述应激箱体由隔音、不透光材料构成，顶板2安装光刺激源、摄像头、噪声驱动器，所述光刺激源可以为LED灯10，箱侧壁安装喇叭，箱底设有可通过电流的若干个不锈钢栅栏，本实施例所述不锈钢栅栏的直径5mm，各不锈钢栅栏之间的间隔10mm，底部再配一抽拉式排泄物收集板3；箱体的前、后侧壁等距离设置有若干个纵向贯穿其侧壁的插槽13，左、右内侧面的中间对称设置有一纵向贯穿内侧面的插槽，使组合板与箱体插槽结合润滑、牢固。本装置用纵板、横板将箱体内部空间分割成若干个小训练室，如4个、6个、8个、10个等，本实施例为4个。插槽为突出于位于该插槽的内侧面的凸起，组合板的两端面分别与插槽对应的凹槽。所述组合板为隔音、不透明医用有机板（树脂材料），纵板的中间有一开口向下的槽9，用于与横板的契合，使组合板与箱体结合方便、牢固。在箱后壁安装电流刺激驱动器,箱顶部正中安装灯泡和红外摄像头装置,箱底配备抽拉式排泄物收集板，该收集板按照序号划分为多个小区域（对应各小训练室）。

将组合板按照动物的体形大小不同，插接在插槽中，组合成适用于不同动物体型规格和不同数目动物的可以同时多个小训练室，小训练室的大小根据动物的体态不同而设置。所述小训练室适用于常用小型实验动物的训练，如：适用于小鼠或适用于大鼠或适用于豚鼠或适用于家兔等的小训练室。组合板要求采用隔声和具有一定的坚固性材料，如不透光医用有机板（树脂材料）等，可有效避免多只动物在各自的小训练室训练时的相互干扰和挣扎毁坏等，保证实验测定数据的准确性。

本装置中的噪声驱动器11、摄像头12、光刺激源（LED灯10、振动器和气体发生器分别与控制系统电连接，控制系统发出控制驱动器的指令，噪声驱动器11、光刺激源（LED灯10、振动驱动器和气体发生器根据其指令分别执行相应的刺激。摄像头12采集使用动物的活动影像，进行动物的运动轨迹的行为学分析，可对动物行为活动进行更全面、精细、准确、客观的评价。

实施例

由实验者设定实验正式开始的时间，而非实验动物进入创伤应激箱体的时间开始的，具体操作步骤如下：

1.把实验动物放进笼子里，适应30分钟，不对实验动物进行任何刺激。

2.开始进行创伤应激或者测量，先选择创伤应激类型。

A）如果选择电流刺激，先设定电流强度，电流方波频率，刺激时间，设定好以后，点开始，则电路板里面的恒流刺激驱动器就会输出设定强度频率的电流方波到栅栏，同时计算机开始测量实验动物静止时间、运动时间、运动轨迹图、活跃度分析曲线、freezing总次数、每次freezing时间点、每次freezing持续时间、freezing总时间、freezing时间占总时间的百分比、活动度相关：总实验时间、总距离（cm）、总平均速度（cm/s）、每个阶段的时间、距离及平均速度、动物运动类型等多项指标（下面参数皆相同），并可通过图像窗口观察实验动物动态，设定的时间一到，驱动器停止输出电流方波，计算机停止计时。

B）如果选择光刺激，先设定光强和刺激时间，然后点开始，光源驱动器打开开关点亮笼子里的LED灯泡，同时计算机开始测量实验动物参数，并以曲线显示，并可通过图像窗口观察实验动物动态，设定的时间一到，光源发生器关闭LED灯泡，计算机停止计时。

C）如果选择噪声刺激，先选择刺激的噪声（可以有几种选择的噪声），设定音量和刺激时间，点开始，则笼子里的喇叭就会放出噪声，同时计算机开始测量实验动物参数，并可通过图像窗口观察实验动物动态，设定的时间一到，喇叭停止，停止计时。

D）如果选择吹气刺激，选择刺激的气源，设定气强和刺激时间，点击开始，则气管内有气体释放，同时计算机开始测量实验动物参数，并可通过图像窗口观察实验动物动态，设定的时间一到，供气停止，计算机停止计时。

E）如果选择震动刺激，选择震动模式，设定震动源强度和刺激时间，点击开始，则箱体震动，同时计算机开始测量实验动物参数，并可通过图像窗口观察实验动物动态，设定的时间一到，震动停止，停止计时。

F）如果选择触觉刺激，选择触觉模式，设定触觉强度和刺激时间，点击开始，毛刷转动，同时计算机开始测量实验动物参数，并可通过图像窗口观察实验动物动态，设定的时间一到，毛刷转动停止，计算机停止计时。

不同的分隔板分割出不同实验动物空间，可以选择不同的测量类型，并同时开始测量，也可以分开测量。

第三步：测量结束，数据自动保存，并回到计算机主界面，可以继续测量，也可以退出。

创伤应激的某一刺激是由强度、频率和刺激时间来决定，由实验者根据实验动物所要求创伤程度的不同而设定。

实施例

SD大鼠雄性，9只，体重（180±35）g，由本所动物实验中心提供。通过该系统实现幽闭加电击制造创伤应激障碍大鼠模型（注：操作测量参数由实验者通过软件操作界面控制，而非实验动物进入测试箱决定）。

应用该系统操作步骤如下：在系统计算机界面选择电刺激，设定电流电流强度，电流方波频率，刺激时间，恒流:8mA,时程:10s，延时:0，串个数：100，设定好参数后以后，点开始，则电路板里面的恒流刺激驱动器就会输出设定强度频率的电流方波到栅栏，可通过图像窗口观察大鼠动态，设定的时间一到，驱动器停止输出电流方波，软件停止计时。将SD大鼠在上午8：00－12：00和下午2：00－6：00放入系统箱内，进行连续3天的电击。在造模过程中，软件支持系统对实验大鼠的图象的进行采集、处理和记录：大鼠原始图象(参见图3A)，经图象二值化、梳状滤波、边缘提取等处理，完成轮廓化(参见图3B)。轮廓化图象有利于提取大鼠重心以记录其运动轨迹变化（见图4）和变化速度（见图5）。

该系统可实现初步统计实验动物运动速率直方图：本实验设定将运动速率按0、1、2、3、5、8、13、21、34、55、89、144（以上）pixels/0.5s分别进行累加记数和百分比统计。实验动物在代谢笼内的整体活动区域为320×240pixel，选用上述位移速率可完整地包括实验动物运动行为，并有利于对不同运动速率进行详细分析，参见图6和图7。

表2创伤应激障碍大鼠运动水平M值计算结果

(注：x：平均值，s：标准差)

在不同时间段：5min，10min，15min，20min，25min，30min，40min，60min，1.5h，2h，4h，6h和8h的时间段内9只创伤实验应激大鼠（编号为n1…7，x，s）的平均运动速率。我们认为该值能较好地综合反映该时间段实验动物遭受应激后的不同类型活动（主要分为：静止、运动、漫步、梳洗）的运动水平，见图8，图9，表2。

三．根据运动速率对实验动物运动行为进行初步分类：对照实验动物的实时表现，根据不同运动状况下监测系统所显示的速率变化情况，将其运动状态粗分为四种以便进一步研究：

1．静止(Freeze)：0pixel/0.5s；（无位移，基本上处于静止状态，包括睡眠，休息也包括紧张型姿态固定）

2．梳理(combing)：1pixel/0.5s；（无行走，但有头颅、肢体、躯体活动，主要表现为梳理活动，单纯进食和饮水活动往往也包含其中）

3．漫步(walking)：2-8pixel/0.5s；（行走，带有觅食探寻和一般的漫步性质）

4．逃避(fast walking)：13-144pixel/0.5s；（快速行走，多出现在不安引发的快速逃避的状况下）

这四种成分在某一特定时间段中，所占整个运动速率的百分比各不相同。我们根据运动水平值M的变化趋势，选择头25分钟的运动类型百分比进行研究，在该时间段，实验动物运动水平趋于稳定，可以认为是实验动物进入陌生环境后的探究反射期。根据实验动物在某一固定时间内各种上述运动所占百分比的不同，可以对其运动状态进行更为精确的描述，有利于进一步研究。本装置同时还实现了对相应区域及时间、次数进行统计。

Claims (6)

1.一种用于创伤应激实验的装置，其特征在于：该装置包括箱体，控制系统，所述箱体与控制系统电连接，所述箱体内侧面设置有用于安装组合板的插槽，组合板中的纵板与横板呈十字交叉契合，纵板、横板的两端分别与箱体内侧面的插槽插接，箱体的底板内侧设置有可通过电流的栅栏和若干个通气孔，底板的外侧安装固定有振动器和气体发生器，箱体的底部设有用于收集动物排泄物的抽拉式收集板，箱体的一侧壁安装喇叭，箱体另一侧壁安装电流刺激驱动器,顶板安装有噪声驱动器、摄像头、光刺激源、喇叭、电流刺激驱动器与栅栏电连接。

2.根据权利要求1所述的用于创伤应激实验的装置，其特征在于：组合板为隔音、不透光医用有机板。

3.根据权利要求1所述的用于创伤应激实验的装置，其特征在于：所述箱体为矩形，其前、后内侧面等距离地设置若干个纵向贯穿其内侧面的插槽，左、右内侧面的中间对称设置有一纵向贯穿内侧面的插槽。

4.根据权利要求1所述的用于创伤应激实验的装置，其特征在于：所述插槽为突出于位于该插槽的内侧面的凸起。

5.根据权利要求1所述的用于创伤应激实验的装置，其特征在于：所述组合板的端面均设置有与插槽对应的凹陷。

6.根据权利要求1所述的用于创伤应激实验的装置，其特征在于：所述组合板的纵板设置有向下开口的槽。 

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