DD140799A1 - Vorrichtung zur messung der motorischen aktivitaet von versuchstieren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der motorischen Aktivität von sich auf dem Boden oder in der Luft bewegenden Versuchstieren verschiedenster Größe. Die Vorrichtung kann bei der Langzeitbeobachtung von Versuchstieren eingesetzt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die berührungslose Registrierung verschiedener Arten von Bewegungen von Versuchstieren zu realisieren. Darüber hinaus soll eine Bewertung der Bewegungsgröße möglich sein. Die Erfindung soll universell an den herkömmlichen Versuchstierkäfigen einsetzbar sein, ohne daß wesentliche Veränderungen an diesen vorgenommen v/erden müssen. Die Vorrichtung arbeitet mit Hilfe von Ultraschall. Eine von einem Schallgeber gesendete Ultraschallwelle wird vom Beobachtungsobjekt reflektiert, und von einem Ultraschallwandler wieder ■ empfangen. Durch die Bewegungen entstehen Nf-Modulationen der reflektierten UltraschalIwelle, die von einer nachfolgenden Elektronik ausgewertet werden. Mittels einer logischen Auswertevorrichtung können -Einzelbewegungen voneinander getrennt, bezüglich ihrer Größe bewertet und anschließend raehrkanalig registriert werden. Mögliche Anwendungsgebiete der Erfindung sind die chronobiologische und chrono pharmakologische Forschung.

Description

a) Titel der Erfindung

Vorrichtung zur Messung der motorischen Aktivität von Versuchstieren

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der motorischen Aktivität von sich auf dem Boden oder in der luft bewegenden Tieren verschiedenster Größe« Die Vorrichtung kann bei der Langzeitbeoba datung von Versuchstieren eingesetzt werden, insbesondere auf dem Gebiet der chronobiologischen und chronopharmakologischen Porschungo

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Registrierung der Bewegungen von Versuchstieren wurde in der Vergangenheit eine große Anzahl von verschiedenen Vorrichtungen entwickelte Diese arbeiten auf der Basis unterschiedlicher Verfahren, die sich entsprechend dem Meßprinzip der verwendeten Meßaufnehmer in mechanische, elektrische und optische Verfahren unterteilen lassen* •Auch Kombinationen dieser drei T-ypen sind realisiert«, Die. herkömmlichen mechanischen und mechanisch-elektrischen Verfahren arbeiten nicht berührungslos, d.h.» es kommt zu einer Rückwirkung der Meßvorrichtung auf das Versuchstier« Die Aktivität der Tiere wird entweder über zusätzliche Vorrichtungen im Käfig wie z„B» Laufräder oder über "besondere Veränderungen des Käfigbodens wie z*B_t Schaukelböden mit elektrischen Kontakten, die sich bei Bewegung öffnen und. schließen oder Schwingböden, die bei

Bewegung der Tiere eine Wirkung auf Kraft- oder Be- ' schleuniguiigsaufnehmer ausüben, gemessen« (OTTO, F_eJ. und ROHE₅ Κ_βΗ_β, Z,Versuchstierkunde 9, 265-274 (1967)) Solche Vorrichtungen registrieren oft nur "bestimmte Bewegungstypen, z»B_e Lokomotion· Andere Bewegungen wie z_eB_o Putzverhalten können häufig nicht festgestellt werden, ebenso die Bewegungen- fliegender Tiere. Darüberhinaus erfordern diese Verfahren im allgemeinen Spezialkäfige, Bei den elektrischen Verfahren sind die Kondensator- und Spulenfeld-Methoden verbreitet. (STMGE, G. und HARDE- LAlTO₅ R₈ Oecologia (Berl.) 5, 400-405 (1970)). Diese Verfahren arbeiten rückwirkungsfrei, die Meßfühler besitzen jedoch eine relativ kleine Reichweite·" Spezialkäfige sind erforderliche

Die optischen Verfahren arbeiten meist auf der Basis von Lichtschranken».Dabei werden bezüglich der Größe und Richtung der zu registrierenden Bewegungen weitgehende Einschränkungen gemacht, da nur diejenigen Bewegungen erfaßt werden können, bei denen das Tier den Lichtstrahl unterbricht» Pur die'Erfassung eines dreidimensionalen Käfigraumes ist je nach den an die Meßgenauigkeit gestellten Anforderungen eine relativ große Anzahl von Meßstrecken erforderliche Bei Verwendung einzelner Lichtschranken sind spezielle Käfigkonstruktionen erforderlich»

d) Ziel der Erfindung " . Ziel der Erfindung ist die berührungslose Registrierung •von·Bewegungen von Versuchstieren verschiedener Größe_e 'Die. Erfindung soll universell an den herkömmlichen Versuchstierkäfigen einsetzbar sein, ohne daß wesentliche Veränderungen an diesen vorgenommen v/erden müssen*

e) Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die berührungslose Registrierung verschiedener Arten von Bewegungen von Versuchstieren zu realisieren« Darüberhinaus soll eine

•if·*¹

Bewertung der Bewegungsgröße sowie eine mehrkanalige Registrierung "bezüglich der Bewegungsgröße möglich sein. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung benutzt', in der die berührungslose Registrierung verschiedener Arten von Bewegungen der Versuchstiere mit Hilfe von Ultraschall erfolgte Ein Schallgeber erzeugt im Tierkäfig ein Ultraschallfeld,, Durch Reflexion des Schalls am Tier (oder an mehreren Tieren) kann es je nach Abstand Sender - Tier zur Ausbildung stehender Wellen und damit zu akustischen Rückwirkungen auf den Schallwandler kommen* Diese werden mittels einer geeigneten elektronischen Vorrichtung verarbeitet und in ein bewegungsabliängiges Meßsignal umgewandelt« Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus

- einem Hf-Generator, der die zur Speisung eines oder mehrerer piezoelektrischer Schallwandler erforderlichen Wechselspannung liefert«,

- einem oder mehreren piezoelektrischen Schallwandlern· zur Erzeugung des Schallfeldes,

- einem Empfänger für die durch das Versuchstier reflektierte Ultraschallwellec Dazu kann sowohl der Sende™ wandler selbst als auch ein oder mehrere v/eitere piezoelektrische Wandler dienen,, Alle Wandler werden in geeigneter V/eise entweder im oder von außen 'am Käfig angebrachte Änderungen an herkömmlichen Käfigtypen sind im allgemeinen nicht erforderlich, da das Schallfeld durch die Käfigbegrenzungen (ζ,,Β, Gitterstäbe oder Gaze) nur unwesentlich beeinflußt wird*

- einer elektronischen Vorrichtung, die das durch die Tierbewegung modulierte Hf-Signal demoduliert und verstärkt« .

- einer elektronischen Vorrichtung zur logischen Aus- . Wertung des gewonnenen Meßsignals zwecks Bestimmung von Anzahl und Größe der Bewegungen,, Dies kann a,B„ geschehen, indem das Uf-Signal über einen Schmitt-Trigger und einen Monoflop in Einheitsimpulse umgewandelt wird. Pausen zwischen den einzelnen Tierbewe-

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gungen stellen sich dann als. Pausen zwischen einzelnen Inipulsgruppen dar«, Die Anzahl der Impulse pro Gruppe ist ein Maß für die Größe der Bewegung und kann z.B_e durch Zählen oder Aufintegrieren der Impulse ermittelt werden»

Zähler bzw* Integrator müssen na,ch jedem einzelnen Be.-wegungsvorgang zurückgesetzt werden. Dies kann z*B» in Verbindung mit einem zweiten Integrator geschehen, dessen Integrations-Zeitkonstante so gewählt wird, daß die · Spannung am Ausgang des Integrators nach Ausbleiben weiterer Impulse innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls (Pause zwischen zwei Einzelbewegungen) unter eine gewisse.Schwelle sinkt, so daß mit Hilfe eines weiteren Schmitt-Triggers und Monoflops der gewünschte Rücksetzimpuls erzeugt werden kann, . . Die Zählung der Bewegungen erfolgt am Ausgang des Zählers bzw« des ersten Integrators, dessen Ausgangssignale über einen weiteren Schmitt-Trigger und Monoflop in Einheitsimpulse umgewandelt v/erden« Dabei wird die kleinste zu-f

. registrierende Bewegung durch die Wahl der Triggerschwelle festgelegt» Bei mehrkanaliger Ableitung müssen Trigger und nachfolgende Einrichtungen entsprechend mehrfach vorhanden sein* Bei der Zählervariante kann eine mehrkanalige Ableitung durch parallelen Abgriff an den entsprechenden Zählerausgängen erfolgen*.

- einer elektronischen Vorrichtung Messung der motorischen . Aktivität von Tiergruppenu Da in diesem Falle die Bewertung einzelner Bewegungen nicht möglich ist, können die 8.US dem Hf-Signal gewonnenen Einheitsinipulse ohne logische Auswertung zur Ansteuerung nachfolgender Meßeinrichtungen verwendet werden. Die Registrierung kann ' entweder unmittelbar durch Zählung der Impulse pro Zeiteinheit mit Hilfe von geeigneten Digitalzählern· oder · über einen Integrator analog mittels entsprechenden Schreibern erfolgen*

f) Ausführungsbeispiel

Die Erfindung-soll nachstehend an. einem Ausführungsbei-

spiel näher erläutert werden»- '-""^;

Zur Aussendung der Ultraschallwellen wird ein Sendeschwinger durch einen geeigneten Hf~Generator angesteuert» . Die Aufgabe der dem Empfangswandler nachgeschalteten Elektronik "besteht darin, aus dem abgeleiteten Meßsignal ein dem einzelnen Bewegungsvorgang entsprechendes Triggersignal zu gewinnen, mit dem dann nachfolgende Geräte wie Schreiber oder.Zähler angesteuert Vverden können.,

Den elektronischen Aufbau der Meßanordnung zeigen Pig_e1 (Blockschaltbild) und Pig»2 (dazugehöriges Spannungsdiagramm). Das Meßsignal liegt als .amplitudenmodulierte Hf-Spannung.am Ernpfangswaiidler an«, Die nach Verstärkung und Gleichrichtung erzeugte llf-Spannung wird mittels eines Komperators. und Monoflop I in Impulse umge-'wandelt» Jede Impulsgruppe entspricht dann einem Bev/egungs vor gang. Durch den Integrator I, Komperator Il und Monoflop II wird die Impulsgruppe in einen Einzelimpuls umgeformte Ein zweiter Integrator bewertet die Zahl von Einzelimpulsen in der Impulsgruppe, d_eh. die Größe, der Bewegung· Überschreitet die Spannung am Integrator II einen bestimmten, in Grenzen frei wählbaren Y/ert, so erzeugen Komperator III und Monoflop III einen Impuls, den geforderten Triggerimpuls«, Die Impulse am Monoflop II sorgen für die Rücksetzung des Integrators II nach jedem BewegungsVorgang. Mit Komperator III kann die Ansprechschwelle, d.h» die kleinste zu registrierende Bewegung eingestellt werden.

Die beschriebene Schaltung wurde für die Beobachtung von Einzeltieren (Kaninchen) entwickelt. Soll ein Kollektiv von kleineren Tieren beobachtet werden, s.o verliert die logische Bewertung ihre Bedeutung, da nicht mehr die Einzelbewegung, sondern die Aktivität der·, ganzen Gruppe von'"Interesse ist« In diesem Falle wird das Signal hinter Integrator II, dessen Zeitkonstante entsprechend verändertwerden muß, ausgekoppelt und mit Hilfe eines langsamen Schreibers registriert,, Integrator I, Komperator H₅ III . und Monoflop II, III arbeiten nicht_β

Claims (3)

Erfindungsansprüche · ,

1, Vorrichtung zur Messung der motorischen Aktivität von sich auf dem Boden oder in der Luft bewegenden Tieren verschiedenster Größe gekennzeichnet .dadurch, daß ein Ultraschallgeber verwendet wird, dessen ausgesendete Ultraschallwelle.durch ein oder'mehrere sich bewegende Versuchstiere reflektiert und nach Umwandlung in ein elektrisches Signal mit Hilfe einer elektronischen Vorrichtung bezüglich seiner Infor- ' mation über die Bewegung des beobachteten Tieres oder der beobachteten Gruppe von Tieren ausgev/ertet wird.

2» Vorrichtung nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß sich zwischen Ultraschall-Wandler und Versuchstier • bei sich änderndem Abstand zwischen beiden stehende Wellen ausbilden können und daß dadurch die Tierbewegungen niederfrequente Modulationen des empfangenen Ultraschall-Signals erzeugen«

3» Vorrichtung nach Punkt" 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, daß die elektronische Vorrichtung die quantitative Bewertung einzelner Bewegungen und die getrennte · parallele Registrierung von Bewegungen verschiede- · ner Größe gestattet»

ieizosLSeiten- Zeichnungen