CN208001848U - 一种迷宫试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种迷宫试验装置。该装置包括：架体、试验部、第一摄像机、光刺激装置、控制装置、采集装置和分析装置；第一摄像机通过第五竖直杆固定于第一水平平台的中心位置下方第一预设位置，第一摄像机与各平台最远端的夹角大小在第一摄像机视角范围内；控制装置的输出端分别与光刺激装置、分析装置、采集装置以及第一摄像机的控制端相连；光刺激装置包括用于对测试动物施加光刺激信号的输出端，采集装置包括用于采集测试动物的脑电信号的输入端，采集装置用于输出脑电信号的输出端与分析装置的第一输入端相连，第一摄像机用于输出视频信息的输出端与分析装置的第二输入端相连，通过本实用新型的技术方案，能够获取细节数据。

Description

一种迷宫试验装置

技术领域

本实用新型实施例涉及医学研究设备技术，尤其涉及一种迷宫试验装置。

背景技术

高架十字迷宫是非条件反射模型，以动物自发的恐惧样反应为行为学基础。它既可建立焦虑应激的模型，也是国际上公认的经典测量焦虑反应的方法。已被广泛应用于大鼠和小鼠等啮齿类动物焦虑行为学的研究。

高架十字迷宫实验就是由于动物对新环境的探究和对高悬开放臂的恐惧而形成的矛盾冲突状态，从而反映出动物的焦虑情绪，所以高架十字迷宫既可以建立非条件反射焦虑动物模型，也可以作为测量动物焦虑反应的方法。

现有的高架十字迷宫装置的两条开放臂和两条闭臂及中央区材质采用高级医用有机板制作，接触面不反光，通过摄像头无法分辨清楚动物每个具体动作之间的细微差异，甚至无法分辨清楚动物的四肢轮廓，不能够为焦虑的行为学研究提供大量的细节数据。

实用新型内容

本实用新型提供一种迷宫试验装置，以实现为焦虑的行为学研究提供大量的细节数据。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种迷宫试验装置，包括：

架体、试验部、第一摄像机、光刺激装置、控制装置、采集装置和分析装置；

所述架体包括第一水平件、第二水平件、第一竖直杆、第二竖直杆、第三竖直杆和第四竖直杆，所述第一水平件和第二水平件交叉固定，所述第一水平件的两端分别固定在所述第一竖直杆和第二竖直杆的底部，所述第二水平件的两端分别固定在所述第三竖直杆和第四竖直杆的底部；

所述试验部包括单侧透光的并供待测试动物活动的第一水平平台、第二水平平台和第三水平平台以及第一竖直件和第二竖直件，所述第一水平平台、第二水平平台和第三水平平台从下方往上方可见，所述第一水平平台和第二水平平台成T形交叉固定，且所述第二水平平台与第一水平平台的交叉点位于第一水平平台的长边的中心位置，所述第三水平平台和第一水平平台成T形交叉固定，且第三水平平台与第一水平平台的交叉点位于第一水平平台的长边的中心位置，所述第二水平平台与第三水平平台对称分布于所述第一水平平台的两侧，所述第一竖直件底部固定在所述第二水平平台外侧，所述第一竖直件为一侧开口，三侧环绕所述第二水平平台结构，所述第二竖直件底部固定在所述第三水平平台外侧，所述第二竖直件为一侧开口，三侧环绕所述第三水平平台结构，且所述第一竖直件和所述第二竖直件的开口相对；

所述第一摄像机通过第五竖直杆固定于所述第一水平平台的中心位置下方第一预设位置，所述第一摄像机与各平台最远端的夹角大小在所述第一摄像机视角范围内，其中，所述第五竖直杆固定于所述第一水平件和第二水平件交叉位置处；

所述控制装置的输出端分别与所述光刺激装置、分析装置、采集装置以及所述第一摄像机的控制端相连；所述光刺激装置包括用于对待测试动物施加光刺激信号的输出端，所述采集装置包括用于采集待测试动物的脑电信号的输入端，所述采集装置用于输出所述脑电信号的输出端与所述分析装置的第一输入端相连，所述第一摄像机用于输出视频信息的输出端与所述分析装置的第二输入端相连。

进一步的，所述第一摄像机为高清摄像机。

进一步的，还包括：第二摄像机，所述第二摄像机通过支撑架固定在所述第一水平平台的中心位置上方，所述第二摄像机与各平台最远端的夹角大小在所述第二摄像机视角范围内，其中，所述支撑架一端固定于所述架体周围，另一端处于所述第一水平平台的中心位置上方且与所述第二摄像机相连。

进一步的，所述第二摄像机为高清摄像机。

进一步的，所述第一竖直杆、第二竖直杆、第三竖直杆、第四竖直杆和第五竖直杆为高度可调的竖直杆。

进一步的，所述第一水平平台、第二水平平台、和第三水平平台与地面之间的距离为70-90厘米。

本实用新型通过架体、试验部、第一摄像机、光刺激装置、控制装置、采集装置和分析装置；架体包括第一水平件、第二水平件、第一竖直杆、第二竖直杆、第三竖直杆和第四竖直杆，第一水平件和第二水平件交叉固定，第一水平件的两端分别固定在第一竖直杆和第二竖直杆的底部，第二水平件的两端分别固定在第三竖直杆和第四竖直杆的底部；试验部包括单侧透光的并供待测试动物活动的第一水平平台、第二水平平台和第三水平平台以及第一竖直件和第二竖直件，第一水平平台、第二水平平台和第三水平平台从下方往上方可见，第一水平平台和第二水平平台成T形交叉固定，且第二水平平台与第一水平平台的交叉点位于第一水平平台的长边的中心位置，第三水平平台和第一水平平台成T形交叉固定，且第三水平平台与第一水平平台的交叉点位于第一水平平台的长边的中心位置，第二水平平台与第三水平平台对称分布于第一水平平台的两侧，第一竖直件底部固定在第二水平平台外侧，第一竖直件为一侧开口，三侧环绕第二水平平台结构，第二竖直件底部固定在第三水平平台外侧，第二竖直件为一侧开口，三侧环绕第三水平平台结构，且第一竖直件和第二竖直件的开口相对；第一摄像机通过第五竖直杆固定于第一水平平台的中心位置下方第一预设位置，第一摄像机与各平台最远端的夹角大小在第一摄像机视角范围内，其中，第五竖直杆固定于第一水平件和第二水平件交叉位置处；控制装置的输出端分别与光刺激装置、分析装置、采集装置以及第一摄像机的控制端相连；光刺激装置包括用于对待测试动物施加光刺激信号的输出端，采集装置包括用于采集待测试动物的脑电信号的输入端，采集装置用于输出脑电信号的输出端与分析装置的第一输入端相连，第一摄像机用于输出视频信息的输出端与分析装置的第二输入端相连，解决了通过摄像头无法分辨清楚动物每个具体动作之间的细微差异，甚至无法分辨清楚动物的四肢轮廓，不能够为焦虑的行为学研究提供大量的细节数据问题，能够通过第一摄像机获取大量的细节数据。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中的试验部的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一中的一种迷宫试验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

本实用新型实施例一提供一种迷宫试验装置，该装置包括：架体、试验部、第一摄像机、光刺激装置、控制装置、采集装置和分析装置；

所述架体包括第一水平件、第二水平件、第一竖直杆、第二竖直杆、第三竖直杆和第四竖直杆，所述第一水平件和第二水平件交叉固定，所述第一水平件的两端分别固定在所述第一竖直杆和第二竖直杆的底部，所述第二水平件的两端分别固定在所述第三竖直杆和第四竖直杆的底部；

如图1所示，所述试验部包括单侧透光的并供待测试动物活动的第一水平平台11、第二水平平台12和第三水平平台13以及第一竖直件14和第二竖直件15，所述第一水平平台11、第二水平平台12和第三水平平台13从下方往上方可见，所述第一水平平台11和第二水平平台12成T形交叉固定，且所述第二水平平台12与第一水平平台11的交叉点位于第一水平平台11的长边的中心位置，所述第三水平平台13和第一水平平台11成T形交叉固定，且第三水平平台13与第一水平平台11的交叉点位于第一水平平台11的长边的中心位置，所述第二水平平台12与第三水平平台13对称分布于所述第一水平平台11的两侧，所述第一竖直件14底部固定在所述第二水平平台12外侧，所述第一竖直件14为一侧开口，三侧环绕所述第二水平平台12结构，所述第二竖直件15底部固定在所述第三水平平台13外侧，所述第二竖直件15为一侧开口，三侧环绕所述第三水平平台13结构，且所述第一竖直件14和所述第二竖直件15的开口相对；

如图2所示，所述第一摄像机通过第五竖直杆固定于所述第一水平平台的中心位置下方第一预设位置，所述第一摄像机与各平台最远端的夹角大小在所述第一摄像机视角范围内，其中，所述第五竖直杆固定于所述第一水平件和第二水平件交叉位置处；

所述控制装置的输出端分别与所述光刺激装置、分析装置、采集装置以及所述第一摄像机的控制端相连；所述光刺激装置包括用于对待测试动物施加光刺激信号的输出端，所述采集装置包括用于采集待测试动物的脑电信号的输入端，所述采集装置用于输出所述脑电信号的输出端与所述分析装置的第一输入端相连，所述第一摄像机用于输出视频信息的输出端与所述分析装置的第二输入端相连。

可选的，所述第一摄像机为高清摄像机。

可选的，还包括：第二摄像机，所述第二摄像机通过支撑架固定在所述第一水平平台的中心位置上方，所述第二摄像机与各平台最远端的夹角大小在所述第二摄像机视角范围内，其中，所述支撑架一端固定于所述架体周围，另一端处于所述第一水平平台的中心位置上方且与所述第二摄像机相连。

具体的，通过结合第一摄像机在试验部下方采集的视频信息和第二摄像机在试验部上方采集的视频信息能够采集更多的细节数据。

可选的，所述第二摄像机为高清摄像机。

可选的，所述第一竖直杆、第二竖直杆、第三竖直杆、第四竖直杆和第五竖直杆为高度可调的竖直杆。

具体的，可以根据实验需要对第一竖直杆、第二竖直杆、第三竖直杆、第四竖直杆和第五竖直杆的高度进行调节，通过调节第一竖直杆、第二竖直杆、第三竖直杆和第四竖直杆的高度，可以等同于调节试验部距离地面的高度，调节第五竖直杆的高度等同于调节第一摄像机与所述第一水平平台的中心位置的距离。

可选的，所述第一水平平台、第二水平平台、和第三水平平台与地面之间的距离为70-90厘米。

具体的，由于试验部的原理是：由于动物对新环境的探究和对高悬开放臂的恐惧而形成的矛盾冲突状态，从而反映出动物的焦虑情绪。因此第一水平平台、第二水平平台、和第三水平平台与地面之间的距离会影响实验的准确程度，所述第一水平平台、第二水平平台、和第三水平平台与地面之间的距离为70-90 厘米时，测得的实验数据更加准确。

如图2中所示，小鼠头上连接有光缆，若仅通过放置在试验部上方的摄像机拍摄小鼠运动状态的视频信息，很容易被小鼠头上连接的光缆遮挡，导致采集不到完整的视频图像，因此通过本实用新型中设置在试验部下方的摄像机可以避免出现由于光缆遮挡导致采集图像不完整的情况，能够采集更多的细节数据。

本实用新型实施例中试验部为高架十字迷宫，高架十字迷宫是一种底面与地面间有一定高度，由两条开放臂与两条闭臂组成的十字型迷宫；开放臂只有底面，没有任何护栏，闭臂周围封闭，只留有一个狭小的门与其他臂相连。啮齿动物在空旷、高处会产生焦虑样的情绪。记录动物进入开放臂时长占总时长、进入开放臂次数占总次数的比例，可以用于对比动物的焦虑情绪程度，该实验常常用于评估动物的焦虑程度。但是以往的研究较少涉及动物在每一次选择时的细微动作模式。通过单侧透光玻璃的应用，使得高架十字迷宫实验底面可以放置摄像头，从而实现观察高架十字迷宫中待测试动物足部细微动作的目的。同时结合光遗传学、神经电极记录实现动物行为学、光调控、神经细胞活动的高时空分辨率的配对分析。一方面，可以量化实验动物在高架十字迷宫中的不同状态，达到毫秒级时间分辨率的分析，另一方面，可以根据动物的不同状态进行针对性的光遗传刺激治疗，可以特异性地兴奋或抑制特定神经元类型，提供一种实时生物反馈功能。而且还以在深度学习后，在神经元活动后预测动物的细微动作及与之相匹配的情绪状态。

光遗传技术是通过光学与遗传学相结合，通过基因工程手段将携带有特异性的光敏感基因病毒转入特定细胞类型表达，如兴奋型通道蛋白基因为 Channelrhodopsin-2(ChR2)，抑制型通道蛋白基因为Helorhodopsin(NpHR)，光感基因离子通道在不同波长，如蓝光波长λ＝473nm能够激活ChR2，从而选择让阳离子特异性通过，引起细胞兴奋；相反黄光波长λ＝593nm能够激活NpHR，从而选择让阴离子特异性通过，引起细胞的抑制作用。

光遗传刺激装置主要有激光器光源，波形发生器，以及可植入式光纤，激光器光源如黄光激光器和蓝光激光器；波形发生器用于调节激光功率，频率，强度，刺激模式；光纤通过深入在脑组织的靶区进行特异神经元的照射，来实现对于某一特定核团以及神经环路进行调控，来实现对于认知行为以及精神疾病相关的异常行为学的干预。

神经电生理记录技术是指将一个神经电极植入动物脑中指定区域，由于神经元放电时会引起细胞周围电势的变化，而植入电极可以将这个电势的变化转变成交流电流信号，通过波形放大器将记录到的电流放大并转变为电子信号，便可通过电流的波形和幅度推测神经元的放电模式。而神经元的放电模式一定程度上反映了神经元的工作状态。因此通过神经电生理，可以帮助理解甚至预测动物的行为。

现有技术中通过红外摄像头辅助的高架十字迷宫，局限性在于红外探头的空间分辨率过低，无法分辨清楚动物每个具体动作之间的细微差异，甚至无法分辨清楚动物的四肢轮廓，另外光遗传技术存在一定的光泄露，可能会对红外探头造成干扰，或者采用微型摄像头的方法，局限性在于微型摄像头的布置和视角，该方法直接在底面打孔，因此微型摄像头与动物之间几乎没有距离，如此就限制了摄像头的视角，由于视角过小，为了得到全面的数据，又需要布置相当多的摄像头才可以达到目的，每一个摄像头成像之间的衔接大大增加了工作量和成本。

本实用新型在保留了高架十字迷宫底面不透明的要求下，将底面改成单侧透光玻璃，允许设置在下方的高清高速摄像头捕捉到上方待测试动物的细微活动状态。单侧透光玻璃的透光原理只是依赖其两侧的明暗对比，在优化环境反光后，不需要额外提高亮度，只需要保证底面下方的亮度足够低即可。而保证上方光源正常，底面玻璃还可以漫反射光以帮助下方的摄像头捕捉上方待测试动物的背光面形态，而为了防止底面镜面反射对实验的影响，光源可以采用医用的无影灯。在达到理想作用的同时不需要大幅度提升第一摄像机的品质和参数，第一摄像机的拍摄角度与第一摄像机位置可以互相补偿。可以为焦虑的行为学研究提供大量的细节数据。

本实用新型方案的内容主要包括：架体、试验部、第一摄像机、光刺激装置、控制装置、采集装置和分析装置。光刺激装置包括光源，可调任意波形函数发生器；采集装置：包括光纤、电极及多通道神经信号采集分析装置，光电极包含可植入式光纤与电极同时植入到待测试动物的脑内靶区，光刺激装置通过可调任意波形函数发生器确定通过光纤的光刺激的模式(包括光的强度、频率、刺激模式)将一定函数的光波传入到携带有光感基因的神经元上，通过光刺激兴奋或抑制神经元的活动，再由多电极阵列记录到神经元的变化，第一摄像机和第二摄像机采集到的视频信息反应实验动物的运动细节状态，结合视频信息可以分析神经元活动编码行为的不同阶段以及光调控神经元对应行为的输出。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种迷宫试验装置，其特征在于，包括：架体、试验部、第一摄像机、光刺激装置、控制装置、采集装置和分析装置；

所述架体包括第一水平件、第二水平件、第一竖直杆、第二竖直杆、第三竖直杆和第四竖直杆，所述第一水平件和第二水平件交叉固定，所述第一水平件的两端分别固定在所述第一竖直杆和第二竖直杆的底部，所述第二水平件的两端分别固定在所述第三竖直杆和第四竖直杆的底部；

所述试验部包括单侧透光的并供待测试动物活动的第一水平平台、第二水平平台和第三水平平台以及第一竖直件和第二竖直件，所述第一水平平台、第二水平平台和第三水平平台从下方往上方可见，所述第一水平平台和第二水平平台成T形交叉固定，且所述第二水平平台与第一水平平台的交叉点位于第一水平平台的长边的中心位置，所述第三水平平台和第一水平平台成T形交叉固定，且第三水平平台与第一水平平台的交叉点位于第一水平平台的长边的中心位置，所述第二水平平台与第三水平平台对称分布于所述第一水平平台的两侧，所述第一竖直件底部固定在所述第二水平平台外侧，所述第一竖直件为一侧开口，三侧环绕所述第二水平平台结构，所述第二竖直件底部固定在所述第三水平平台外侧，所述第二竖直件为一侧开口，三侧环绕所述第三水平平台结构，且所述第一竖直件和所述第二竖直件的开口相对；

所述第一摄像机通过第五竖直杆固定于所述第一水平平台的中心位置下方第一预设位置，所述第一摄像机与各平台最远端的夹角大小在所述第一摄像机视角范围内，其中，所述第五竖直杆固定于所述第一水平件和第二水平件交叉位置处；

所述控制装置的输出端分别与所述光刺激装置、分析装置、采集装置以及所述第一摄像机的控制端相连；所述光刺激装置包括用于对待测试动物施加光刺激信号的输出端，所述采集装置包括用于采集待测试动物的脑电信号的输入端，所述采集装置用于输出所述脑电信号的输出端与所述分析装置的第一输入端相连，所述第一摄像机用于输出视频信息的输出端与所述分析装置的第二输入端相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一摄像机为高清摄像机。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：第二摄像机，所述第二摄像机通过支撑架固定在所述第一水平平台的中心位置上方，所述第二摄像机与各平台最远端的夹角大小在所述第二摄像机视角范围内，其中，所述支撑架一端固定于所述架体周围，另一端处于所述第一水平平台的中心位置上方且与所述第二摄像机相连。

4.权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二摄像机为高清摄像机。

5.权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一竖直杆、第二竖直杆、第三竖直杆、第四竖直杆和第五竖直杆为高度可调的竖直杆。

6.权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一水平平台、第二水平平台、和第三水平平台与地面之间的距离为70-90厘米。