CN205320909U - 一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置，装置包括刺激腔室；刺激腔室内布置有电刺激单元、蜜蜂逃避行为信息采集单元、蜜蜂声音信息采集单元；电刺激单元包括第一电刺激区域和第二电刺激区域；第一电刺激区域或第二电刺激区域与电源之间的通断采用主控制器控制；蜜蜂逃避行为信息采集单元与蜜蜂声音信息采集单元均与主控制器连接；主控制器根据蜜蜂当前位置确定哪个区域通电。本实验装置，研究蜜蜂在电刺激下的逃避行为和发声行为，在实验前不需要对受试蜜蜂进行任何前处理，简化程序，且避免前处理给受试蜜蜂造成伤害，实验结果更为可靠。整个实验过程采取自动控制，避免人为操作误差和人为干扰蜜蜂行为对实验结果的影响。

Description

一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置

技术领域

本实用新型属于昆虫研究技术领域，具体涉及一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置。

背景技术

蜜蜂具有惊人的学习和记忆能力，是研究动物学习与记忆神经基础的模式物种。电刺激作为一种研究手段应用于研究过程中，但多数集中在电极植入式研究，电极植入式研究对蜜蜂伤害较大。2014年美国科学家ArianAvalos博士进行了蜜蜂电刺激的实验，他将蜜蜂放在刺激腔中，蜜蜂放置在封闭的腔体中，腔内底壁布置金属栅格，使用不同强度的电压刺激蜜蜂，发现当电压超过一定阈值时，蜜蜂会伸出螯针，表现出攻击行为。最新研究表明，蜜蜂在受到一定强度电刺激时，会快速逃离，并发出声音。即蜜蜂在电刺激下可能表现一系列行为反应，但目前尚未有相关仪器设备来研究蜜蜂在电刺激下的一系列行为特征。鉴于此，参考ArianAvalos设计的研究蜜蜂受电刺激时攻击行为的实验装置，实用新型了一种新的研究蜜蜂在电刺激下的逃避行为和发声行为的实验装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中缺乏对蜜蜂在电刺激下所表现的行为特征进行研究的装置的缺陷，提供一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置来解决上述问题。

本实用新型是通过以下技术方案来实现上述技术内容的：

一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置，所述装置包括刺激腔室；所述刺激腔室内布置有电刺激单元、蜜蜂逃避行为信息采集单元、蜜蜂声音信息采集单元；所述电刺激单元包括第一电刺激区域和第二电刺激区域；所述第一电刺激区域和第二电刺激区域分别与电源连接；所述第一电刺激区域或第二电刺激区域与所述电源之间的通断采用主控制器控制；所述蜜蜂逃避行为信息采集单元与所述主控制器连接；所述蜜蜂逃避行为信息采集单元采集到蜜蜂位置并传输给主控制器；所述主控制器根据所述采集到的蜜蜂位置确定接通第一电刺激区域或第二电刺激区域的电源；所述声音信息采集单元与所述主控制器连接；所述声音信息采集单元采集到蜜蜂的声音信号并传输给所述主控制器。

优选的，所述刺激腔室具有顶壁和底壁。

优选的，所述第一电刺激区域分为第一上电刺激区域和第一下电刺激区域；第二电刺激区域分为第二上电刺激区域和第二下电刺激区域；所述第一上电刺激区域与第二上电刺激区域固定在所述刺激腔室的顶壁内侧；所述第一下电刺激区域与第二下电刺激区域固定在所述刺激腔室的底壁内侧。

优选的，所述第一上电刺激区域与所述第二上电刺激区域面积之和为所述刺激腔室顶壁内侧面积；所述第一下电刺激区域与所述第二下电刺激区域面积之和为所述刺激腔室底壁内侧面积。

优选的，所述第一上电刺激区域、第一下电刺激区域、第二上电刺激区域、第二下电刺激区域均包括正极、负极；所述正极、负极交错排列形成栅格状；所述第一上电刺激区域的正极与所述第一下电刺激区域的正极电性连接；所述第二上电刺激区域的正极与所述第二下电刺激区域的正极电性连接。

优选的，所述蜜蜂逃避行为信息采集单元包括多个红外发射管以及与所述多个红外发射管相对应的多个红外接收管；所述多个红外发射管固定在所述第一电刺激区域和第二电刺激区域的同一侧；所述多个红外接收管分别固定在所述第一电刺激区域和第二电刺激区域的另一侧，且所述多个红外发射管与所述多个红外接收管对称设置。

优选的，所述多个红外发射管以及多个红外接收管的对称点连线贯穿所述第一电刺激区域和第二电刺激区域。

优选的，所述蜜蜂声音信息采集单元包括话筒以及滤波电路；所述话筒固定在所述刺激腔室内；所述话筒将声音信号转变为电信号并传输给滤波电路；所述滤波电路将滤波后的电信号传递给所述主控制器；所述主控制器将模拟信号转变为数字信号。

优选的，所述主控制器与电脑连接；所述主控制器将接收到的蜜蜂位置信息和声音信息传输给电脑。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

本实用新型所述的实验装置，在实验前不需要对受试蜜蜂进行任何的前处理，大大缩短了实验准备时间，且避免前处理给受试蜜蜂造成伤害。同时自由状态的蜜蜂可以在刺激腔室自由爬行，尽可能保持实验过程中的蜜蜂处于自然状态，避免人为因素的影响，提高实验结果的可靠性。

本实用新型所述的实验装置，采用红外对管及驻极体话筒采集蜜蜂的位置和声音信息，可以定量的研究蜜蜂在不同电刺激下的逃避行为和发声行为。

本实用新型所述的实验装置，使用红外对管采集蜜蜂的位置而不是摄像图像采集，使得装置可以在黑暗环境下工作，并减少后续结果分析的工作量。

本实用新型所述的实验装置，在整个实验过程采取自动控制，结构简单，操作方便，避免人为操作误差和人为干扰蜜蜂行为对实验结果的影响。

附图说明

图1为本实用新型一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置的立体结构分拆示意图；

图3为本实用新型一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置的铜栅格图；

图4为本实用新型一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置拆除铜栅格和顶壁后装有红外发射管一侧的刺激腔室结构示意图；

图5为本实用新型一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置拆除铜栅格和顶壁后装有红外接收管一侧的刺激腔室结构示意图；

图6为本实用新型一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置的硬件连接结构示意图。

具体实施方式

为使对本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置，所述装置包括刺激腔室，刺激腔室具有顶壁和底壁。

如图1、图2所示，在刺激腔室1内布置有电刺激单元、蜜蜂逃避行为信息采集单元、蜜蜂声音信息采集单元。电刺激单元包括第一电刺激区域11和第二电刺激区域12；第一电刺激区域11和第二电刺激区域12分别与电源连接，第一电刺激区域11或第二电刺激区域12与电源之间的通断可以采用主控制器控制。蜜蜂逃避行为信息采集单元以及声音信息采集单元均与主控制器连接。蜜蜂逃避行为信息采集单元采集到蜜蜂C位置并传输给主控制器，主控制器根据采集到的蜜蜂位置确定接通第一电刺激区域11或第二电刺激区域12的电源。声音信息采集单元采集到蜜蜂C的声音信号并传输给主控制器，主控制器对声音信号进行处理。

为了避免电刺激单元存在盲区，第一电刺激区域11分为第一上电刺激区域111和第一下电刺激区域112；第二电刺激区域12分为第二上电刺激区域121和第二下电刺激区域122；第一上电刺激区域111与第二上电刺激区域121固定在刺激腔室1的顶壁内侧；第一下电刺激区域112与第二下电刺激区域122固定在刺激腔室1的底壁内侧。

本实用新型提供的第一上电刺激区域111与第二上电刺激区域121面积之和为刺激腔室1顶壁内侧面积；第一下电刺激区域112与第二下电刺激区域122面积之和为刺激腔室1底壁内侧面积。如此设计，无论蜜蜂C在刺激腔室内的哪个位置，不管蜜蜂是在顶壁内侧爬行还是底壁内侧爬行，只要通电，即可对蜜蜂C进行电刺激实验，不会出现盲区。

如图3所示，第一上电刺激区域111、第一下电刺激区域112、第二上电刺激区域121、第二下电刺激区域122均包括正极a、负极b，正极a、负极b交错排列形成栅格状。第一上电刺激区域111的正极a与第一下电刺激区域112的正极a电性连接；第二上电刺激区域121的正极a与第二下电刺激区域122的正极a电性连接。

如图4、图5所示，蜜蜂逃避行为信息采集单元包括多个红外发射管21以及与多个红外发射管21相对应的多个红外接收管22，多个红外发射管21固定在第一电刺激区域11和第二电刺激区域12的同一侧。多个红外接收管22分别固定在第一电刺激区域11和第二电刺激区域12的另一侧，且多个红外发射管21与多个红外接收管22对称设置。多个红外发射管21以及多个红外接收管22的对称点连线贯穿第一电刺激区域11和第二电刺激区域12。

蜜蜂声音信息采集单元包括话筒31以及滤波电路；话筒31固定在刺激腔室1内，话筒31将声音信号转变为电信号并传输给滤波电路，滤波电路将过滤后的电信号传递给主控制器，主控制器将模拟信号转变为数字信号。

如图6所示，主控制器与电脑B连接；主控制器将接收到的蜜蜂位置信息和声音信息传输给电脑B并保存，以便显示各种信息，以及后续数据分析。

刺激腔室的大小以及形状可以根据实验要求不同而不同，本实施例以尺寸为152mm╳29mm╳6mm(腔内尺寸)的刺激腔室为例进行详细介绍。

如图1所示，刺激腔室1由透明有机玻璃制成，在腔室上面有一直径为10mm的蜜蜂入口41，蜜蜂入口41用于放入或是拿出受试蜜蜂C。平时蜜蜂入口41有盖子42盖着，盖子42由透明有机玻璃制成。

刺激腔室立体结构拆分示意图如图1、图2所示，由于腔体高度与蜜蜂爬行时身体的高度相当，蜜蜂不能在腔室内飞行，只能在腔体内来回爬行。刺激腔室内布置了电刺激单元、蜜蜂逃避行为信息采集单元和蜜蜂声音信息采集单元。

电刺激单元为刺激腔室的顶壁内侧和刺激腔室底壁内侧，固定的铜丝制成的栅格，铜丝的直径为1.0mm，栅格间距为1.0mm，栅格的宽度与长方体腔室相等，栅格长度为长方腔体相同。如图4所示正负极交错排列，且栅格铜丝的正极a在中间位置断开分成了左右两部分，左右两部分即为上述的第一电刺激区域11和第二电刺激区域12。顶壁铜栅格和底壁铜栅格唯一的区别是：顶壁中间有10mm的蜜蜂入口41。因为铜线的宽度为1mm，间隙也为1mm，而蜜蜂的身长在8—20mm。所以当第一电刺激区域11或第二电刺激区域12的正极a与3-24V直流可调电源A正极接通时，在此区域的蜜蜂，不管是在顶壁爬行还是在底壁爬行都会受到电刺激，受到电刺激的蜜蜂会快速逃离电刺激区域，最终到达腔室内未通电的另一区域。两个区域的电刺激的有无，以及时间长短受主控制器控制。

如图2、图4、图5所示，蜜蜂逃避行为信息采集单元为刺激腔室长边内侧，等距离排列的24对红外对管。其中一边为红外发射管21，另一边与之对应的是红外接收管22，24对红外管的对称轴线贯穿第一电刺激区域11和第二电刺激区域12，即对称轴线平行于刺激腔室1的长边。红外发射管21的型号为IR928-6C-F，红外接收管22的型号为PT928-6C-F。当蜜蜂在腔体内运动过程中，经过或停留在某个位置时，蜜蜂C的身体会挡住相应位置处红外发射管21发出的光，此位置处腔体内一侧的红外接收管22接收不到对侧的红外发射管21发出的红外光，这一接收管输出低电平。当蜜蜂C离开某个位置，此处腔室一侧的红外接收管22便可接收到来自对侧红外发射管21发出的红外光，即红外接收管22导通并输出高电平。综合24对红外接收管22输出的信号，就可定量研究蜜蜂在某一时刻蜜蜂C的位置和运动行为。

蜜蜂声音采集单元包括型号为3015的微型驻极体话筒31、巴特沃思二阶滤波电路。蜜蜂受到电刺激时，会发出声音，频率在600Hz以下，声音被驻极体话筒31接收，把声音信号装换成电信号，转换后的电信号通过截止频率为1000Hz的巴特沃思二阶滤波电路，把1000Hz以上的杂波去掉，去掉杂波的信号以10kHz的抽样频率的AD转换器，转换成数字信号，然后通过USB接口传递给电脑B。

主控制器为Atmel公司的ATxmega64A3U，含有丰富的IO口，第一上电刺激区域111的正极a以及第一下电刺激区域112的正极a与直流可调电源的连接通过主控制器的同一个IO口控制，第二上电刺激区域121以及第二下电刺激区域122的正极a与直流可调电源的连接通过主控制器的另一个IO口控制，如此来控制第一电刺激区域11和第二电刺激区域12的电刺激有无，以及刺激时间。同时红外接收管22输出端与主控器的IO口电性连接。红外接收管22接收到红外光时导通，输出高电平。红外接收管22没有接收到红外光时输出为低电平，高电平及低电平均通过IO口传输给主控制器最终传给电脑B进行分析、显示、保存。驻极体话筒31的信号经过滤波处理与主控制器的AD功能模块电性连接，把模拟信号转换为数字信号。主控器内带有USB功能模块，通过USB接口与电脑B进行通信，接收电脑B传递的刺激次数，同时向电脑B传递蜜蜂的位置信息和声音信息。

装置的使用：从蜂箱口拦截一只蜜蜂，把蜜蜂放入刺激腔室，调节直流电源，调到需要刺激的电压大小，在上位机软件上输入刺激的次数，点击开始，装置即开始电刺激实验。装置会通过红外对管检测蜜蜂位置，并根据检测到的蜜蜂位置，在蜜蜂所在区域给予蜜蜂电刺激，每次给予的电刺激时间为10s。两次电刺激之间的时间间隔为20s，直到达到设定的刺激次数，完成电刺激实验。从点击开始到刺激次数完成，装置的红外对管一直在采集蜜蜂的位置信息，装置中驻极体话筒31一直在采集蜜蜂位置信息。并把这些信息通过USB传输给电脑B。实验者通过分析蜜蜂的位置信息和声音信息可以知道蜜蜂对对应强度电刺激的行为特性。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置，其特征在于：所述装置包括刺激腔室；所述刺激腔室内布置有电刺激单元、蜜蜂逃避行为信息采集单元、蜜蜂声音信息采集单元；所述电刺激单元包括第一电刺激区域和第二电刺激区域；所述第一电刺激区域和第二电刺激区域分别与电源连接；所述第一电刺激区域或第二电刺激区域与所述电源之间的通断采用主控制器控制；所述蜜蜂逃避行为信息采集单元与所述主控制器连接；所述蜜蜂逃避行为信息采集单元采集到蜜蜂位置并传输给主控制器；所述主控制器根据所述采集到的蜜蜂位置确定接通第一电刺激区域或第二电刺激区域的电源；所述声音信息采集单元与所述主控制器连接；所述声音信息采集单元采集到蜜蜂的声音信号并传输给所述主控制器。

2.根据权利要求1所述的一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置，其特征在于：所述刺激腔室具有顶壁和底壁。

3.根据权利要求2所述的一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置，其特征在于：所述第一电刺激区域分为第一上电刺激区域和第一下电刺激区域；第二电刺激区域分为第二上电刺激区域和第二下电刺激区域；所述第一上电刺激区域与第二上电刺激区域固定在所述刺激腔室的顶壁内侧；所述第一下电刺激区域与第二下电刺激区域固定在所述刺激腔室的底壁内侧。

4.根据权利要求3所述的一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置，其特征在于：所述第一上电刺激区域与所述第二上电刺激区域面积之和为所述刺激腔室顶壁内侧面积；所述第一下电刺激区域与所述第二下电刺激区域面积之和为所述刺激腔室底壁内侧面积。

5.根据权利要求3所述的一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置，其特征在于：所述第一上电刺激区域、第一下电刺激区域、第二上电刺激区域、第二下电刺激区域均包括正极、负极；所述正极、负极交错排列形成栅格状。

6.根据权利要求5所述的一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置，其特征在于：所述第一上电刺激区域的正极与所述第一下电刺激区域的正极电性连接；所述第二上电刺激区域的正极与所述第二下电刺激区域的正极电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置，其特征在于：所述蜜蜂逃避行为信息采集单元包括多个红外发射管以及与所述多个红外发射管相对应的多个红外接收管；所述多个红外发射管固定在所述第一电刺激区域和第二电刺激区域的同一侧；所述多个红外接收管分别固定在所述第一电刺激区域和第二电刺激区域的另一侧，且所述多个红外发射管与所述多个红外接收管对称设置。

8.根据权利要求7所述的一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置，其特征在于：所述多个红外发射管以及多个红外接收管的对称点连线贯穿所述第一电刺激区域和第二电刺激区域。

9.根据权利要求1所述的一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置，其特征在于：所述蜜蜂声音信息采集单元包括话筒以及滤波电路；所述话筒固定在所述刺激腔室内；所述话筒将声音信号转变为电信号并传输给滤波电路；所述滤波电路将滤波后的电信号传递给所述主控制器；所述主控制器将模拟信号转变为数字信号。

10.根据权利要求1所述的一种研究蜜蜂在电刺激下行为特性的实验装置，其特征在于：所述主控制器与电脑连接；所述主控制器将接收到的蜜蜂位置信息和声音信息传输给电脑。