CN208551801U - 一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置 - Google Patents

Abstract

一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置，包括用于放置小动物活动的活动室、声音刺激装置、给水装置、电生理记录装置和微控电脑；所述声音刺激装置是对被训练的小动物给出不同参数的声音，训练小动物对不同强度或不同时相声音刺激的辨别；电生理记录装置是记录小动物的电生理信号，并将信号传送到微控电脑；给水装置是研究小动物对声音刺激的辨别任务时给予的奖项；微控电脑接收事件信号，将所述事件信号进行数据采集、分析处理后传送到对应的显示器进行显示。该装置可准确记录小动物在声音辨别过程中的电生理信号以及运动轨迹信号；进而可以研究记录不同听觉障碍时的电生理信号，了解听觉功能的状态，进而可以判断是否出现了听觉相关的疾病。

Description

一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置

技术领域

本发明涉及一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置。

背景技术

听觉是人和动物的一种重要感觉，在种内及种间通讯起关键作用。同时听觉与许多脑疾病如精神分裂症等密切相关。在实验室中对动物(如大鼠和小鼠) 听觉的研究不仅有助于发展新的听觉障碍治疗方法，并能筛选可能治疗或改善听觉障碍相关脑疾病的药物。然而，目前实验室中仅有少数方法能对动物听觉功能进行评估，并且在现有的方法中，要么测试精确度不够且重复性较差，要么需要较长时间的训练后才能进行声音分辨的测试。另外，若在声音辨别任务中同步记录动物特定脑区电生理信号(包括单细胞放电和局部场电位)，则更有助于我们理解大脑对听觉信息的处理过程以及研发新的治疗听觉障碍的方法。然而目前尚没有精准、快速、高程度自动化且能同时监测动物脑内电生理信号的方法来检测动物的声音辨别能力。

实用新型内容

针对以上所述，本发明的目的在于提供一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置，以解决上述至少一个方面的问题。

根据本发明的一方面，提供一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置，包括用于放置小动物活动的活动室、声音刺激装置、给水装置、电生理记录装置和微控电脑；所述声音刺激装置是对被训练的小动物给出不同参数的声音，训练小动物对不同强度或不同时相声音刺激的辨别；所述的电生理记录装置是记录小动物的电生理信号，并将信号传送到微控电脑；所述给水装置是研究小动物对声音刺激的辨别任务时给予的奖项；所述微控电脑接收事件信号，将所述事件信号进行数据采集、分析处理后传送到对应的显示器进行显示。

所述电生理记录装置包括微电极、电生理信号放大器和数据采集及分析组件，微电极可监测到脑区的电生理信号(单细胞放电和局部场电位信号)，微电极通过电缆线将电生理信号传入到电生理信号放大器；信号经过放大后传到数据采集及分析组件，将电生理信号在对应的显示器上显示并将数据储存在微控电脑。

进一步，所述声音刺激装置包括喇叭、功率放大器、可独立控制声音的频率/强度以及时间信息的声刺激器模块；所述喇叭接受经过功率放大器放大后的声音，另一端接到小动物活动室，通过声刺激器模块给出不同强度或不同时相声音参数的声刺激；所述功率放大器是将给出的声音信号放大，输出端连接喇叭，将放大的声音信号传送到喇叭给出声刺激。

进一步，所述声刺激器模块是给出原始声音刺激，由微控电脑控制给出声音的不同频率，强度和时相，并在显示器上显示。

进一步，所述给水装置包括水瓶、输水管、水阀和给水管；给水装置安置在活动室的一侧，水瓶连通给水管的一端，给水管的另一端连接到水阀，水阀的另一端连接到输水管，实验过程中通过微控电脑控制决定在小动物辨别任务中所需要打开、关闭水阀。

进一步，所述给水装置设有A给水区和B给水区,声音刺激装置设有C给声区。

进一步，还包括用于监测小动物位置的红外线对管，红外线对管连接着微控电脑，红外线对管至少设有三对，其分别位于的A给水区、B给水区两端及声音刺激装置的两端。

所述红外对管可时刻监测小动物进出A给水区、B给水区和C给声区的情况，将反馈信息采集输送到微控电脑进行记录储存。

进一步，还包括检测到小动物在辨别的过程中运动轨迹的活动规律监测装置，所述活动规律监测装置包括用于监控和记录小动物活动规律的摄像头；所述摄像头连接着微控电脑，将所采集到的行为活动信号传送到对应的显示器上进行显示；摄像头与微控电脑连接之间还设有电子开关，其电子开关的输入端连接着微控电脑，输出端连接着摄像头；在试验过程中，微控电脑发出控制指令到电子开关，从而控制电子开关的打开，使得摄像头开始摄像，将监控小动物的信息传送到微控电脑并通过微控电脑将该信息传送到相对应的电脑，从而可通过电脑查看小动物在实验过程中的运动状态。

进一步，还包括动物行为检测以及数据采集模块，动物行为检测以及数据采集模块连接红外对管和摄像头，自动采集到小动物的各种行为数据(包括是否进入特定区域以及是否舔水等)，把信号传送给微控电脑进行显示和处理，并自动记录训练的参数和动物的行为表现。

本发明的有益效果：

1、整个实验过程为全自动化。实验中只需要开机并放入小动物以及将连接线接好即可，其他全部由动物和该装置自动完成。

2、除准确评判动物的声音辨别正确率外，更重要的是该装置可准确记录小动物在声音辨别过程中的电生理信号以及运动轨迹信号；进而可以研究记录不同听觉障碍时的电生理信号，了解听觉功能的状态，进而可以判断是否出现了听觉相关的疾病。

3、该声音刺激记录装置操作简单，对小动物的损伤小、方便易行，极大得实现了小动物在训练场所的自由活动。

4、采用的摄像头监测装置，可随时检测到小动物在辨别的过程中的运动轨迹，从而为研究运动在听觉功能中的作用提供了一种依据。

5、数据采集的方式精确高效，对实验结果的分析提供了极大得方便。

附图说明

图1为本发明的平面结构示意图。

图2为给水装置的结构示意图。

图3为给声刺激的结构示意图。

图4为本发明模块图。

图中1-活动室，2-摄像头，3-红外线对管，4-给水管，5-喇叭。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1，本发明提供一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置，包括用于放置小动物活动的活动室、声音刺激装置、电生理记录装置、给水装置和微控电脑。所述的声音刺激装置给出不同参数的声音(包括频率、强度以及时间特征等)，并生成对应的事件信号，并将所述事件信号传送到微控电脑；所述的电生理记录装置是记录小动物的电生理信号(特定脑区的单细胞放电和局部场电位信号)，并将信号传送到微控电脑；所述给水装置是研究小动物对声音刺激的辨别任务的训练任务，并成成对应的事件信号，并将事件信号传送到微控电脑；所述的微控电脑是接收所述事件信号，将所述事件信号进行数据采集、分析处理后传送到对应的显示器进行显示。

如图1所示，所述的活动室用于小动物活动的地方，其将需要进行试验的小动物放置在活动室，进而让小动物适应环境，小动物在进行实验前断水48小时，使其具有较强的找水动机。

如图1、图3、图4所示，所述声音刺激装置包括喇叭、功率放大器、可独立控制声音的频率/强度以及时间信息的声刺激器模块；所述喇叭接受经过功率放大器放大后的声音，另一端接到小动物活动室，通过声刺激器模块给出不同强度或不同时相声音参数的声刺激；所述功率放大器是将给出的声音信号放大，输出端连接喇叭，将放大的声音信号传送到喇叭给出声刺激。

所述声刺激器模块是给出原始声音刺激，由微控电脑控制给出声音的不同频率，强度和时相，并在显示器上显示。

如图1、图2所示，所述给水装置包括水瓶、输水管、水阀和给水管；所述给水装置安置在活动室的一侧，给水管的一端连接到水阀，水阀的另一端连接到输液管，实验过程中通过微控电脑控制决定在小动物辨别任务中所需要打开、关闭水阀。

所述给水装置设有A给水区和B给水区,声音刺激装置设有C给声区。

如图1、图2、图3、图4所示，红外线对管用于检测小动物进出给A水区、 B给水区和C给声区的情况，并将该事件信息发送到微控电脑进行记录储存。

如图1、图3所示，C给声区安装在A给水区和B给水区之间，喇叭用连接线连接到功率放大器上，再连接到声刺激器模块上，声音的给出由微控电脑控制。例如微控电脑控制声刺激器给出2种不同频率的声音，一种高频声音，一种低频声音，当给出高频声音时，实验动物首先要知道给声装置处会给出声音，进而学会分辨不同频率的声音，再决定是到A或B处舔水。当给出高频声音时，如实验动物到A处舔水，则微控电脑会控制给水装置给出一定量的水，如到B 处舔水，则不会给水；当给出低频声音时，则相反。除此之外，还可以做不同强度或不同时相声音刺激的辨别实验。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明还包括活动规律监测装置，所述活动规律监测装置包括用于监控和记录小鼠活动规律的摄像头；所述摄像头连接着微控电脑，将所采集到的行为活动信号传送到对应的显示器上进行显示。

摄像头与微控电脑连接之间还设有电子开关，其电子开关的输入端连接着微控电脑，输出端连接着摄像头；在试验过程中，微控电脑发出控制指令到电子开关，从而控制电子开关的打开，使得摄像头开始摄像，将监控小动物的信息传送到微控电脑并通过微控电脑将该信息传送到相对应的电脑，从而可通过电脑查看小动物在实验过程中的运动状态。

本发明还包括动物行为检测以及数据采集模块，动物行为检测以及数据采集模块连接红外对管和摄像头，自动采集到小鼠的各种行为数据(包括是否进入特定区域以及是否舔水等)，把信号传送给微控电脑进行显示和处理，并自动记录训练的参数和动物的行为表现。

如图1、图2、图3、图4所示，实验开始前，将渴水动物(48小时内无进水)放入动物活动室内，使其适应环境，5分钟后开始实验。在动物完成指定测试次数之后(一般80-100次)，对最后20次实验结果进行统计，准确率在75％以上，证明该动物能准确分辨所测试的两种声音；否则证明该动物无法区分这两种声音。在对动物进行试验过程中，只需要将动物放置到活动室，从而对动物进行反复试验，使得动物在试验当天就具有辨别声音的能力,从而缩短试验所需的时间。

如图1、图4所示，所述电生理记录装置包括微电极、电极接线、电生理信号放大器和数据采集及分析组件，微电极可监测到脑区的电生理信号(单细胞放电和局部场电位信号)，微电极通过电极接线将电生理信号传入到电生理信号放大器；信号经过放大后传到数据采集及分析组件，将电生理信号在对应的显示器上显示并将数据储存在微控电脑。

微电极为电极植入模块，所述的电极植入模块是在动物特定的脑区埋植电极(记录特定脑区的单细胞放电和局部场电位信号)，在动物前期手术完成后，在所需记录的特定脑区用颅骨钻开一个方窗，钻头在颅骨上来回打磨，逐渐深入。用压弯的注射器针头剥开硬脑膜，再用棉球覆盖，加生理盐水保持湿润。将电极固定在操作台上，调节操作臂Z轴，使电极尖端碰触脑组织表面，设为零点。开始进入脑皮层时要快入，软脑膜会随之凹陷，然后被刺破，待电极全部穿透软脑膜后，回退电极至零点。待脑皮层复位后，重新慢慢植入电极。电极接线是将探头(headstage)的一端接到电极的接口，另一端连接到放大器，放大器再连接到数据采集及分析组件，通过数据采集及分析组件实时记录电生理信号。所述数据采集及分析组件是通过数据分析系统分析动物行为过程中的电生理信号(特定脑区的单细胞放电和局部场电位信号)。

如图1、图2、图3、图4所示，所述的微控电脑采用可分析、控制和储存的芯片(如H8SX/1638组和H8SX/1648组)。

本发明在实验中只需要开机并放入小鼠以及将连接线接好即可，其他全部由动物和该装置自动完成。除准确评判动物的声音辨别正确率外，更重要的是该装置可准确记录小鼠在声音辨别过程中的电生理信号以及运动轨迹信号；进而可以研究记录不同听觉障碍时的电生理信号，了解听觉功能的状态，进而可以判断是否出现了听觉相关的疾病。该声音刺激记录装置操作简单，对小鼠的损伤小、方便易行，极大得实现了小鼠在训练场所的自由活动。采用的摄像头监测装置，可随时检测到小鼠在辨别的过程中的运动轨迹，从而为研究运动在听觉功能中的作用提供了一种依据。数据采集的方式精确高效，对实验结果的分析提供了极大得方便。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出至少一个变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置，其特征在于，包括用于放置小动物活动的活动室、声音刺激装置、给水装置、电生理记录装置和微控电脑；所述声音刺激装置是对被训练的小动物给出不同参数的声音，训练小动物对不同强度或不同时相声音刺激的辨别；所述电生理记录装置是记录小动物的电生理信号，并将信号传送到微控电脑；所述给水装置是研究小动物对声音刺激的辨别任务时给予的奖项；所述微控电脑是接收事件信号，将所述事件信号进行数据采集、分析处理后传送到对应的显示器进行显示；

所述电生理记录装置包括微电极、电极接线、电生理信号放大器和数据采集及分析组件，微电极可监测到脑区的电生理信号，微电极通过电极接线将电生理信号传入到电生理信号放大器；信号经过放大后传到数据采集及分析组件，将电生理信号在对应的显示器上显示并将数据储存在微控电脑。

2.根据权利要求1所述的一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置，其特征在于：所述声音刺激装置包括喇叭、功率放大器、可独立控制声音的频率/强度以及时间信息的声刺激器模块；所述喇叭经过功率放大器放大后的声音，另一端接到小动物活动室，通过声刺激器模块给出不同强度或不同时相声音参数的声刺激。

3.根据权利要求1所述的一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置，其特征在于：所述给水装置包括水瓶、输水管、水阀和给水管；给水装置安置在活动室的一侧，水瓶连通给水管的一端，给水管的另一端连接到水阀，水阀的另一端连接到输水管。

4.根据权利要求1所述的一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置，其特征在于：所述给水装置设有A给水区和B给水区,声音刺激装置设有C给声区。

5.根据权利要求4所述的一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置，其特征在于：还包括用于监测小动物位置的红外线对管，红外线对管连接着微控电脑，红外线对管至少设有三对，其分别位于的A给水区、B给水区两端及声音刺激装置的两端。

6.根据权利要求5所述的一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置，其特征在于：所述红外对管可时刻监测小动物进出A给水区、B给水区和C给声区的情况，将反馈信息采集输送到微控电脑进行记录储存。

7.根据权利要求1所述的一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置，其特征在于：还包括检测到小动物在辨别的过程中运动轨迹的活动规律监测装置，所述活动规律监测装置包括用于监控和记录小动物活动规律的摄像头；所述摄像头连接着微控电脑，将所采集到的行为活动信号传送到对应的显示器上进行显示；摄像头与微控电脑连接之间还设有电子开关，其电子开关的输入端连接着微控电脑，输出端连接着摄像头。

8.根据权利要求5或7所述的一种小动物声音辨别及同步电生理信号记录装置，其特征在于：还包括动物行为检测以及数据采集模块，动物行为检测以及数据采集模块连接红外对管和摄像头，自动采集到小动物的行为数据，把信号传送给微控电脑进行显示和处理，并自动记录训练的参数和动物的行为表现。