DE2728894C2 - Vorrichtung zur Registrierung der Bewegungsaktivität von Tieren auf optisch-optoelektronischer Grundlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Registrierung der Bewegungsaktivität von Tieren auf optisch-op- es loelektronischer Grundlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Tiere können niemals längere Zeit ruhig verbleiben.

denn sie werden immer wieder durch irgendwelche äußeren öder inneren Reizwirkungen zu körperlichen Aktivitäten gezwungen. Eine objektive und quantitative Registrierung der sogenannten Spontanaktivität von Tieren ist deshalb zur Bearbeitung zahlreicher Fragestellungen in den verschiedenen Bereichen der Biologie, Verhalteosforschung und Medizin wünschenswert und erforderlich. Die Motivität der Tiere interessiert dabei aus zwei recht verschiedenen Gründen:

1. Die Spontanmotorik der Versuchstiere dient als Meßgröße zur Beurteilung des physiologischen Befindens der Tiere, um auf diesem Wege ihre Reaktion auf irgendwelche Reize zu studieren. Als Beispiele seien genannt die Frage nach der Einwirkung verschiedener natürlicher Umweltfaktoren bzw. deren Veränderungen auf den tierischen Organismus (z. B. von Umgebungstemperatur, Beleuchtung), die Prüfung der sedativen bzw. stimulierenden Wirkung von Substanzen in der Arzneimittelforschung, oder die in jüngster Zeit besonders interessant gewordene Registrierung des Bewegungsverhaltens von Fischen in schadstoffgefährdeten Gewässern.

2 Im Gegensatz dazu stehen solche Untersuchungen, in denen die Spontanaktivität der Versuchstiere nicht Meßgröße ist sondern als Einflußfaktor quantitativ in die eigentliche Zeitgröße eingeht und dadurch deren Feststellung erschwert Hier sei als Beispiel die Messung des Energieumsatzes von Tieren angeführt Da jede körperliche Aktivität eine Steigerung des Stoffwechsels zur Folge hat beinhalten die in solchen Untersuchungen erhaltenen Meßdaten infolge der nicht ausschaltbaren Spontanmotorik der Versuchstiere stets einen motorisch bedingten Anteil, der nur bei gleichzeitiger Registrierung der Tierbewegungen abgeschätzt werden kann.

Die verschiedensten Vorrichtungen wurden zur meßtechnischen Aufzeichnung tierischer Bewegungen entwickelt Als verbreitestes Beispie! rein mechanisch wirkender Apparaturen sei der Schwingkäfig (Am. J. Physiol. 28, 29—48) genannt der zumeist im Eigenbau entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen der einzelnen Untersuchung erstellt wird. Hier werden zur Feststellung der Lokalmotilität (Bewegungen ohne Ortsveränderung) eines Versuchstieres dessen Körperbewegungen mehr oder weniger quantitativ auf einen federnd aufgehängten Käfig (bzw. Käfigteil) übertragen und dann dessen Schwingungen auf verschiedene Weise registriert. Diese Vorrichtungen besitzen u.a. den prinzipiellen Mangel, daß eine Bewegung des Versuchstieres nicht zwangsläufig eine Bewegung des Käfigs zur Folge hat Ist nämlich einerseits die Dämpfung des Meßsystems zu klein, resultieren aus einer Tierbewegung stets mehrere Käfigschwingungen, während andererseits bei zu großer Dämpfung feinmotorische Körperbewegungen des Tieres nicht mehr erfaßt werden.

Den auf mechanischer Grundlage arbeitenden Meß' systemen ist auch das in zahlreichen Untersuchungen benutzte Laufrad (Landw. Jahrb. 27, Suppl. III, 180—210) zuzuordnen, welches sich jedoch nur zur Feststellung der Laufaktivität (Lokomotion) kleinerer Versuchstiere (Mäuse, Ratten) eignet.

Bei der fotoelektrischen Bewegungsmessung durchquert das sich bewegende Versuchstier eine oder

mehrere Lichtschranken (PE-OS 2044662), Die dabei ausgelösten elektrischen Impulse werden als Ja-Nein-Entscheidungen auf ein Zählwerk übertragen. Eine quantifizierte Messung der Bewegungsaktivität wSre hier jedoch allenfalls nur bei Installation einer sehr großen Anzahl von Fotozellen in allen drei Raumebenen möglich.

Gelegentlich bedient man sich auch der intermittierenden Fotografie (Naunyn-Schmiedeberg's Arch, exp. Path. Pharm. 241,383-392): Das Versuchstier wird in seinem Käfig durch eine automatisch gesteuerte Kamera in bestimmten Zeitabständen mit Belichtungszeiten von einigen Sekunden fotografiert Es werden dadurch je nach Intensität der augenblicklichen Aktivität des Tieres mehr oder weniger scharfe Abbildungen desselben erhalten. Die Auswertung dieser Aufnahmen ist jedoch sehr schwierig, und das Verfahren erbringt deshalb keine objektiven Ergebnisse. Gravierender ist aber, daß eine kontinuierliche Überwachung des Tieres in der Praxis kaum durchführbar ist.

Aus der FR-PS 15 64 781 ist eine Vorrichtung zur optischen Messung von Körperdimensionen bei Lebewesen bekannt. Das Objekt muß jedoch bei der Messung einen festen, unveränderlichen Sttüdpunkt einnehmen, weshalb die Vorrichtung zur Registrierung der Bewegungsaktivität vonTieren nicht geeignet ist

Bei einem im Handel zu findenden Gerät wird die Anzahl der Kontaktschlösse registriert, die entstehen, wenn das Versuchstier bei seinen Bewegungen verschiedene, in den Boden des Meßkäfigs eingelassene, gegeneinander isolierte und stromführende Platten aus rostfreiem Stahl berührt Der Schwachstrom, für den das Tier den Leiter bildet, liegt weit unter der Schwelle biologischer Effizienz. Das Gerät ist für Versuche an Ratten und Mäusen bestimmt Die für Stoffwechseluntersuchungen notwendige Trennung und Sammlung von Harn und Kot der Tiere sind nicht möglich.

Bei einer anderen ebenfalls im Handel angebotenen Apparatur wird zur Registrierung von Tierbewegungen die Sensoreigenschaft elektrischer Schwingkreise genutzt: Der mit dem Versuchstier besetzte Tierbehälter aus elektrisch nicht leitendem Material wird direkt auf die Meßplatte des Gerätes aufgestellt und befindet sich damit im sensiblen Bereich von sechs hintereinander geschalteten, intern im Meßgerät untergebrachten Drahtspulen. Diese bilden zusammen mit einem Kondensator einen elektrischen Schwingkreis, der mit einem erregenden Oszillatorkreis in Resonanz steht Diese Resonanz wird jedesmal gestört, wenn das Versuchstier sich aus dem sensiblen Bereich einer Drahtspule in den der benachbarten Spule bewegt (Änderung der kapazitive!» Raumstruktur). Die Resonanzstörungen werden in elektrische Impulse umgesetzt und registriert Die sensible Reichweite elektrischer Schwingkreise ist allerdings nur gering, und die beschriebene Apparatur eignet sich deshalb nur zur Feststellung der Bewegungsaktivität von kleinen Bodentieren wie Ratten und Mäusen in einem größenmäßig festgelegten Untersuchungsgefäß. Eine Trennung von Harn und Kot der Tiere kann dabei nicht durchgeführt werden, da die dazu benötigten Separatoren einen gewissen räumlichen Abstand von Tier zu sensibler Meßplatte bedingen.

Mit einer weiteren im Handel erhältlichen Apparatur läßt sich die Bewegungsaktivität von Fischen verfolgen. Bei dem Gerät wird dazu in einem Versuchsbecken mittels eines Frequenzgenerators ein Feld mit stehenden Ultraschallwellen aufgebaut. Aufgrund ihrer großen Labilität brechen diese Wellen bei Bewegungen der Versuchsfische zusammen. Jede Störung des Sonarfeldes wird als ein elektrischer Impuls registriert In der Praxis lassen sich mit der Apparatur aber nur wenig zuverlässige Resultate erzielen. Ein den Meßvorgang auslösender Effekt kommt nämlich auch zustande durch Bewegungen des Wassers selbst (Wellen, Strömungen), aufsteigende Gasblasen, Änderungen der Wassertemperatur sowie des Wasserstandes, usw. Schließlich wird ίο die Messung auch durch von außen ankommende Schallwellen und Vibrationen erheblich gestört

Die Bewegungsmessung an Fischen ist neuerdings im Rahmen des Umweltschutzes besonders interessant geworden. Fische ändern bekanntlich bei Verminderung der Wasserqualität ihr Bewegungsverhalten, und man versucht deshalb durch Registrierung der Motilität von geeigneten Testfischen das Auftreten von Schadstoffen in Gewässern zu überwachen. Bei den zu diesem Zweck entwickelten Geräten (Aren. HydrotioL 4, 551—565) macht man sich das sogenannte rheotaktische Verhalten der Fische zunutze: Durch ein besonders konstruiertes Versuchsbecken wird das zu prüfc-üde Wasser in Horizontalströmung geleitet, gegen die die Testfische anschwimmen. Dieses rheotaktische Verhalten verlieren die Fische in Gegenwart von Giftstoffen (Schwä chung, Lähmung). Sie werden dann von der Wasserströmung zum Auslaßgitter am Ende des Versuchsbeckens abgetrieben und lösen über einen dort installierten mechanischen (Berührungskontakt), optischen (Lichtschranke) oder akustischen (Ultraschallschranke) Meß wertgeber ein registrierbares Signal aus Diese sogenannten Strömungsbecken sind verständlicherweise keine Aktivitätsmeßgeräte im eigentlichen Sinn, da mit ihnen je nur eine besondere Situation im Bewegungsverhalten der Fische erfaßt werden kann.

Im Gegensatz zu den bisher genannten Meßvorrichtungen lassen sich Körperbewegungen von Tieren relativ einfach und zuverlässig mit Hilfe von induzierten Spannungen registrieren (DE-PS 2013 898). Hierbei werden durch die Bewegungen des mit einem kleinen Permanentmagneten versehenen Versuchstieres in einer der Käfigwand aufgebrachten Drahtspule Spannung· stoße induziert, die in geeigneter Weise direkt als Maß für die tierische Bewegungsaktivität registriert werden. Dementsprechend störungsfrei ist der Meßvorgang. Da ein körperlicher Kontakt des Tieres zürn Meßwertgeber (Spule) nicht erforderlich ist, bleibt der Raum des Tierkäfigs frei für andere Untersuchungen, z. B. für die Trennung und Sammlung von Harn und Kot so mittels geeigneter Separatoren. Die Meßmethode ist gleichermaßen anwendbar bei landlebenden Tieren sowie bei Wassertieren, z. B. Fischen. Die zur Durchführung des Verfahrens notwendige Befestigung eines Permanentmagneten am Versuchstier wird jedoch als Nachteil empfunden. Für verschiedene Untersuchungen ist eine Magnetmarkierung der Tiere unerwünscht bzw. nicht realisierbar. Letzteres trifft insbesondre zu für sehr kleine Tiere.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Bewegungsaktivität von Tieren vorzugsweise mit O: «veränderung (Lokalmotilität und vorzugsweise Lokomotionen) zu registrieren erlaubt und die mit relativ geringem Aufwand hergestellt werden kann, wobei Art, Körpergröße und üewegungsweise des jeweiligen Versuchstieres keine Rolle spielen und eine besondere Form des Tierbehälters sowie eine spezielle Manipulation am Versuchstier zur Durchführung der Messung nicht erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß die Bewegungsaktivität eines beliebigen Versuchstieres sofort in einem beliebig geformten Tierbehälter registrierbar ist. Es ist gleichgültig, ob es sich um ein sehr großes oder sehr kleines Tier handelt, sich dieses schnell oder langsam bewegt, ob es ein Land- oder Wassertier ist. Das heißt konkret, es kann gleichermaßen die Bewegungsaktivität z. B. eines großen Hundes oder eines kleines Insekts, einer flinken Maus oder einer langsamen Schnecke, eines fliegenden Vogels oder eines im Wasser schwimmenden Fisches gemessen werden. Die einzelnen Bewegungen des Tieres werden nach dem Umfang der Körpermassenverschiebung, der Wegstrekke, Geschwindigkeit und Richtung durch entsprechende Änderungen des Meßstromes angezeigt. Sowohl alle

inn /I nlfnrtirtttnn

auch alle Bewegungen am Ort (Lokalmocilität) sowie feinmotorische und grobe Körperbewegungen werden erfaßt. Es werden nicht nur Bewegungen mit Beteiligung des gesamten Tierkörpers registriert, sondern auch isolierte Bewegungen einzelner Körperteile. Die Meßvorrichtung ist nicht auf die Feststellung der Bewegungsaktivität eines Einzeltieres beschränkt, sondern es kann auch die Gesamtmotilität einer beliebig großen Tiergruppe aufgezeichnet werden.

Da eine besondere Vorbereitung des Versuchstieres zur Durchführung der Messung nicht erforderlich ist. kann mit der Registrierung seiner Bewegungsaktivität sofort und jederzeit begonnen werden. Für die Messung kann jeder beliebig geformte Tierbehälter benutzt werden. Es entfällt somit die oft nicht erwünschte Notwendigkeit, das Versuchstier vor der Messung in einen besonderen Meßkäfig umzusetzen. Es besteht andererseits die Möglichkeit, den Tierbehälter so zu gestalten, daß gleichzeitig andere Untersuchungen am Tier vorgenommen werden können. Im Hinblick hierauf ist es ein besonderer Vorteil der Vorrichtung, daß zur Durchführung der Messung ein körperlicher Kontakt zwischen dem Versuchstier und der Meßvorrichtung nicht erforderlich ist und somit der Raum des Tierbehälters frei gehalten wird. Hinsichtlich des Behältermaterials besteht nur insofern die Einschränkung, daß der Tierbehälter bei Verwendung undurchsichtigen Materials davon nicht allseitig umschlossen sein darf, da ja die Bewegungen des Tieres in dem Behälter für die Meßvorrichtung »beobachtbar« sein müssen. Es sei vermerkt, daß mit Hilfe der Vorrichtung aurh die Bewegungin von Tieren registrierbar sind, die sich nicht in einem Behälter aufhalten, sondern sich völlig frei in einem bestimmten Meßraum ohne feste Wandungen bewegen.

Die Durchführung der Registrierung setzt die Gegenwart einer ausreichenden Lichtmenge im Meßraum voraus, was sich jedoch immer erreichen läßt Bei Ausleuchtung des Tierbehälters mit natürlichem Licht kann die Messung durch Schwankungen der Beleuchtungsintensität beeinflußt werden. Diesem Umstand kann man jedoch meßtechnisch begegnen, indem man z. B. die jeweilige Beleuchtungsintensität des Tierbehälters mittels einer Fotozelle kontinuierlich mißt und den von der Fotozelle abgegebenen Fotostrom in geeigneter Weise zur Kompensation derjenigen Stromänderungen der Meßvorricntung benutzt, die durch Schwankungen der Beleuchtung bedingt sind. In der Rege! wird man jedoch den Tierbehäller durch eine künstliche Lichtquelle mit praktisch konstant bleibender Lichtleistung ausleuchten. Für sogenannte Dunkeluntersuchungen bietet sich die Benutzung von infrarotem Licht an. fn diesem Falle muß natürlich die Empfindlichkeit der in der Meßvorrichtung verwendeten Fotowiderstände ebenfalls im IR-Bereich liegen. Darüber hinaus kann die von Tieren abgegebene Wärmestrahlung direkt zur Registrierung ihrer Bewegungsaktivität herangezogen werden.

Für die Durchführung des Verfahrens ist auch ein ausreichender Kontrast des von dem Versuchstier und seiner Umgebung reflektierten Lichtes erforderlich. Diese Bedingung läßt sich z. B. durch einen entsprechenden Farbanstrich des Tierbehälters stets erfüllen. In diesem Zusammenhang ist mit dem vorliegenden Verfahren auch die Registrierung der Bewegungsaktivität eines Einzeltieres innerhalb einer Tiergruppe möglich, wenn sich dieses von den anderen Tieren fsrbüch °€πϋ^σ€πα unterscheide*

Die optische Grundlage der Vorrichtung ist die bekannte Linsenformel, die den in einem optischen System bestehenden quantitativen Zusammenhang zwischen Brennweite der Linse, Gegenstandsweite und Bildweite wiedergibt. Der Abbildungsmaßstab ist gegeben durch das Verhältnis von Bildgröße und Gegenstandsgröße bzw. von Bildweite und Gegenstandsweite. Vor diesem Hintergrund läßt sich die uneinge?. >ränkte Anwendbarkeit der Vorrichtung in bezug auf die maximale und minimale Tiergröße erkennen: Bewegt sich das Versuchstier (= Gegenstand) in einem Abstand vor der Linse (= Gegenstandsweite), der größer ist als die doppelte Brennweite der Linse, ergibt sich auf der Meßplatte eine entsprechend verkleinerte Abbildung des Tieres (Bewegungsmessung an großen Tieren). Das Tier wird dagegen vergrößert auf die Meßplatte projiziert, wenn es sich innerhalb dpr doppelten bis einfachen Brennweite vor der Linse bewegt (Bewegungsmessung an kleinen Tieren). Es besteht also die Möglichkeit, die Bewegungsaktivität unterschiedlich großer Tiere mit ein u; i derselben Vorrichtung zu registrieren. Der jeweilige Meßbereich einer Vorrichtung wird durch die Brechkraft der darin verwendeten optischen Linse bestimmt. Soweit bekannt, ist das Problem der technischen Herstellung von Linsen mit veränderbarer Brechkraft noch nicht gelöst. Es muß deshalb in der Vorrichtung eine Linse mit konstanter Brechkraft Verwendung finden. Die für die Messung notwendige relativ scharfe Abbildung des sich

so bewegenden Tieres auf der Meßplatte läßt sich entsprechend der obigen Linsenforinel für verschiedene GegenstäiiGSweiten bei gleichbleibender Brechkrai. der Linse durch entsprechende Einstellung der Bildweite erreichen. Das heißt, will man mit derselben Vorrichtung die Bewegungen von. großen und kleinen Tieren registrieren, verbringt man zunächst die Meßvorrichtung in einen der jeweiligen Tiergröße entsprechenden Abstand (= Gegenstandsweite) zum Tierbehälter (Festlegung des Abbildungsmaßstabes). Das zur Messung notwendige scharfe Bild des Tieres auf der Meßplatte erreicht man dann durch entsprechende Einstellung des Abstandes zwischen Linse und Meßplatte (Bildweite). Ein solches Vorgehen ist sicherlich zweckmäßiger als das Austauschen der Linse gegen eine andere mit einer für die jeweilige Messung geeigneten Brechkraft Durch einfaches Austauschen der Linse in der Vorrichtung gegen Linsen mit verschiedener Brechkraft läßt sich jedoch der Meßbereich einer Vorrichtung beliebig

variieren. Darüber hinaus kann der Meßbereich einer Vorrichtung erheblich erweitert werden, wenn darin statt nur einer Linse eine Kombination von optischen Linsen (z. B. Linsensystem wie im Mikroskop, Fernrohr, Zoom-Objektiv) verwendet wird, welches natürlich ebenfalls austauschbar sein kann.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

A b h. I Ausführungsbeispiel des mechanisch-optischen Ttiles der Vorrichtung zur Registrierung der Bewegungsaktivität von Tieren auf optisch-optoelektronischer Grundlage;

A b b. 2 Ausführungsbeispiel einer aus Fotowiderständen aufgebauten zweidimensional lichtempfindlichen Meßplatte. Links: Geometrische Anordnung der Fotowiderstände auf der Meßplatte (Aufsicht). Rechts: Elektrische Schaltung der Fotowiderstände;

A b b. 3 Ausführungsbeispiel einer aus Fotowiderständen aufgebauten eindimensional lichtempfindlichen MpRnIaMp I .inks: Genmetrisrhe Anordnung der Fotowiderstände auf der Meßplatte (Aufsicht). Rechts: Elektrische Schaltung der Fotowiderstände;

A b b. 4 Ausführungsbeispiel des mit einem Lichtteiler ausgestatteten mechanisch-optischen Teiles der Vorrichtung zur Registrierung der Bewegungsaktivität von Tieren auf optisch-optoelektronischer Grundlage.

Das Ausfuhrungsbeispiel des mechanisch-optischen Teiles einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in A b b. 1 schematisch in Seitenansicht dargestellt und wird wie folgt näher beschrieben:

Die Vorrichtung besteht aus einem mittels eines Feintr'ibes fa^dehnbaren lichtdichten Faltenbalg (b), in dessen gegenstandsseitiger Öffnung eine Linse (c)\ina in der gegenüberliegenden bildseitigen öffnung eine lichtempfindliche Meßplatte (d) befestigt sind. Die Vorrichtung ist über dem mit dem Versuchstier (e) besetzten Tierbehälter (!) in solchem Abstand (Gegenstandsweite) angeardnet, daß der gesamte Innenraum des Tierbehälters (!) auf Her Meßplatte (d) durch die Linse (c) abgebildet wird. Der für eine scharfe Abbildung des Versuchstieres (e) auf der Meßplatte (d) notwendige Abstand (Bildweite) zwischen Linse (ς) und Meßplatte (d) wird mittels des Feintriebes (e) eingeregelt. Bei jeder Bewegung des Versuchstieres (e) bewegt sich auch dessen Bild auf der Meßplatte (d). Die dadurch bedingte lokal wechselnde Belichtung del· Meßplatte (d) führt zu Änderungen des von der Meßplatte (d) abgegebenen Meßstromes, die als Maß für die Bewegungsaktivität des Versuchstieres (e) registriert werden.

Die meßtechnische Registrierung des von dem Versuchstier auf die Meßplatte durch die Linse projizierten Bildes erfolgt auf optoelektronischem Wege unter Verwendung von fotoelektrischen Bauelementen, z. B. Fotowiderständen. Die Registrierung der Bildbewegung (= Tierbewegung) selbst wird durch Schaltung der Fotowiderstände zu einer Meßbrücke erreicht: Die elektrische Leitfähigkeit von Fotowiderständen ändert sich bekanntlich in Abhängigkeit zur Belichtung. Verbindet man vier gleiche Fotowiderstände zu einer Meßbrücke, erhält man eine Meßvorrichtung von hoher Lichtempfindlichkeit Bei gleich starker Belichtung der vier Fotowiderstände fließt in der sogenannten Brücke der Schaltung kein Strom, da die elektrische Leitfähigkeit aller vier Fotowiderstände gleich groß ist Jede auftretende geringfügig verschiedene Belichtung de; einzelnen Fotowiderstände führt zu einer entsprechenden Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der einzelnen Fotowiderstände und damit zu einer Verstimmung der Meßanordnung. Das Ergebnis ist das Fließen eines entsprechend großen Brückenstromes. Durch Verwendung von mehreren Fotowiderständen, die in geeigneter Weise zu einer Meßbrücke zusammengeschaltet werden, lassen sich beliebig große, für lokale Lichtänderungen hoch empfindliche Meßplatten herstellen. Wird nun auf eine solche Meßplatte mittels einer Linse das Bild eines sich

ίο bewegenden Versuchstieres projiziert, kommt es bei ausreichendem Lichtkontrast zwischen Tier und Umgebung zu einer ständig wechselnden Belichtung der einzelnen Fotowiderstände und damit zu meßbaren Änderungen des von der Meßplatte abgegebenen Brückenstromes.

Die Meßempfindlichkeit einer solchen Meßplatte hinsichtlich der Registrierung von beweglichen Bildern hängt von ihrem optischen Auflösevermögen ab. Dieses ist um so größer, je kleiner die Abmessungen der zum Aufbau der Meßplatte verwendeten Fotowiderstände sind. Als Beispie! der Leistungsfähigkeit des Verfahrens sei erwähnt, daß mit heute erhältlichen serienmäßigen, relativ großen Fotowiderständen ohne aufwendige Optik (Verwendung einer Bikonvexlinse mit einer Brennweite von f = 5 cm) die Bewegungsaktivität von sehr kleinen Insekten (z. B. einer Ameise) registriert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel einer lichtempfindlichen Meßplatte ist in Abb.2 schematisch dargestellt und wird wie folgt näher beschrieben. Die Abbildung zeigt links in Aufsicht die geometrische Anordnung der Fotowiderstände auf der Meßplatte und rechts die elektrische Schaltung der Fotowiderstände: Die Meßplatte (d\) ist aus 16 gleichen Fotowiderständen (r) aufgebaut, die nebeneinander in einer Ebene angeordnet sind. Die in der Abbildung durch gleiche Ziffern gekennzeichneten Fotowiderstände (r) sind jeweils durch Hintereinanderschaltung zusammengefaßt. Die sich auf diese Weise ergebenden vier Widerstandsblökke sind dann zu einer Meßbrücke verbunden. Das Meßsignal zur Registrierung der Tierbewegung ist der durch das Galvanometer (G) fließende Brückenstrom. Die Meßplatte (d\) ist aufgrund der besonderen geometrischen-elektrischen Anordnung der Fotowider-

stände (r) empfindlich für Änderungen der Lichtintensität in zwei zueinander senkrechten Richtungen (E\) und (E2). Eine Bewegung des Bildes auf Fotowiderständen (r), die im gleichen Block zusammengeschaltet sind, ist nicht möglich»

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer lichtempfindlichen Meßplatte ist in gleicher Weise in Abb.3 dargestellt. Diese Meßplatte (dj) unterscheidet sich von der vorher beschriebenen nur durch die andere geometrische Anordnung der Fotowiderstände (r), wodurch eine Empfindlichkeit für vorwiegend in einer Richtung (^ablaufende Änderungen der Lichtintensität erzielt wird. Bewegt sich das Bild in der dazu senkrecht verlaufenden Richtung, trifft es stets auf im gleichen Block zusammengefaßte Fotowiderstände, so daß es zu keiner Änderung des Brückenstromes kommt.

Benutzt man bei der in A b b, 1 dargestellten Vorrichtung die in A b b. 2 aufgezeigte zweidimensional lichtempfindliche Meßplatte (d\), so lassen sich damit sätntlicne Hörizontalbewegungen eines Versuchstieres registrieren. Eine solche Meßvorrichtung genügt für die Bearbeitung der meisten Fragestellungen vollauf: Bei den verwendeten Versuchstieren handelt es sich in der Regel um sogenannte Bodentiere, deren Hauptaktivität

in der horizontalen Ebene stattfindet. Sollen auch die in vertikaler Richtung verlaufenden Bewegungen des Versuchstieres erfaßt werden, wird das Tier durch eine zweite Vorrichtung von der Seite her »beobachtet«. In diese Vorrichtung wird dann eine gemäß Abb.3 eindimensional lichtempfindliche Meßplatte (di) eingesetzt. Eine solche Anordnung mit zwei Meßvorrichtungen ermöglicht andererseits die Registrierung des Bewegungsverhaltens von sich räumlich fortbewegenden Tierarten (z, B. Klettertieren, Vögeln, Fischen).

Wie schon ausgeführt, ist für die Messung eine relativ scharfe Abbildung des sich bewegenden Versuchstieres auf der lichtempfindlichen Meßplatte der Vorrichtung erforderlich. Dies wird durch entsprechende Einstellung der Bildweite (Abstand zwischen Linse und Meßplatte) erreicht, die in Abhängigkeit zu der jeweiligen Brechkraft der optischen Linse und der Gegenstandsweite (Abstand zwischen Linse und Versuchstier) steht. Urn die für eine bestimmte Meßanordnung zutreffende Bildweite zu ermitteln, muß man einerseits die Brechkraft der verwendeten Linse kennen, und andererseits muß man die vorliegende Gegenstandsweite durch Abmessen genau bestimmen. Die Bildweite ergibt sich dann rechnerisch aus diesen beiden Parametern über die oben angeführte Linsenformel. Die für eine scharfe Abbildung des Versuchstieres erforderliche Bildweite kann man aber auch in einfacher Weise auf apparativem Wege ermitteln, und zwar durch Anwendung einer an sich bekannten Lichtteilung in der Vorrichtung. Das Ausführungsbeispiel einer solchen Vorrichtung ist in A b b. 4 in Seitenansicht schematisch dargestellt und wird wie folgt näher beschrieben:

Die Vorrichtung besteht aus einem mittels eines Feintriebes (a) dehnbaren lichtdichten Faltenbalg (b), in dessen gegenstandsseitiger Öffnung eine Linse (c) befestigt ist. An der gegenüberliegenden bildseitigen Öffnung des Faltenbalges (b) sind eine zweidimensional lichtempfindliche Meßplatte (dt) gemäß Abb.2 und eine gleichgroße Mattglasscheibe (g) angeordnet, und zwar so, daß die Meßplatte (dt) genau senkrecht zu der optischen Achse steht und die Mattglasscheibe (g) parallel zur optischen Achse ausgerichtet ist. Zwischen der Meßplatte (d\) und der Mattglasscheibe (g) befindet sich eine um 45° zur optischen Achse geneigte dünne Glasplatte (h). Die Meßplatte (d,) und die Mattglasscheibe (g) sind in der Vorrichtung weiterhin so angeordnet, daß ihre optischen Bildweiten gleich groß sind. Ein Teil des durch die Linse (c) ankommenden Lichtes geht nun praktisch unabgelenkt durch die Glasplatte (h) und fällt auf die lichtempfindliche Meßplatte (d[). Der andere Teil des Lichtes wird dagegen durch Reflexion an der Glasplatte (h) um 90° abgelenkt und fällt auf die Mattglasscheibe (g). Dadurch entsteht auf der Meßplatte (dt) und auf der Mattglasscheibe ^jeweils eine zwar lichtschwächere, jedoch völlig identische Abbildung des sich in dem Tierbehälter (/? bewegenden Versuchstieres (e). Die zur Messung notwendige Schärfe des Tierbildt^ auf der Meßplatte (d\) kann nun durch Beobachtung des Tierbildes auf der Mattglasscheibe (g) kontrolliert und notfalls durch bessere Einstellung der Biidweiie miüeis des Feintriebes ^korrigiert werden.

Für verschiedene Fragestellungen ist eine hinsichtlich der Richtung differenzierte Registrierung der von einem Versuchstier ausgeführten Horizontalbewegungen wünschenswert Eine solche Messung ist in einfacher Weise mit nur einer Vorrichtung möglich. Diese entspricht der soeben beschriebenen und in A b b. 4 dargestellten Vorrichtung, nur daß anstelle der zweidimensional lichtempfindlichen Meßplatte (d\) gemäß A b b. 2 und der Mattglasscheibe (g) jeweils eine eindimensional lichtempfindliche Meßplatte (di) gemäß Abb.3 in entsprechender Anordnung Verwendung findet

Abschließend sei noch vermerkt, daß der Bewegungsraum für ein Versuchstier durch »Parallelbeobachtung« mittels mehrerer Vorrichtungen in geeigneter Anordnung beliebig erweitert werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche;

1. Vorricntw-g zur Registrierung der Bewegungsaktivität von Tieren auf optisch-optoelektronischer Grundlage unter Verwendung einer optischen Linse zur Abbildung des Bewegungsraumes auf einer optoelektronischen Meßplatte, bei der die fotoelektrischen Bauteile in einer Matrix angeordnet sind, und einer elektronischen Schaltung zur Auswertung der von dem Meßobjekt ausgehenden üchtstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Bauteile derart in einer Meßbrücke angeordnet sind, daß mindestens in einer Spalte oder Zeile der Matrix benachbarte fotoelektrische Bauteile einem anderen Zweig der Meßbrücke angehören.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlung durch natürliches Licht bewirkt ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlung durch künstliches Licht bewirkiist

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlung durch Licht von bestimmten Wellenlängen, z.B. infrarotem Licht, bewirkt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild des Tieres mit einem unterschiedlichen Abbildungsmaßstab auf die Meßplatte projiziert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine optische Linse vorgesehen ist daß dieser ein Lichtteiler im Strahlengang nachgeschaltet ist und daß zwei zueinander senkrecht angeordnete Meßplatten vorgesehen sind, derart daß auf diese Meßplatten jeweils ein identisct s Bild des Tieres projiziert ist

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —6, dadurch gekennzeichnet daß mehrere der auf der Meßplatte angeordneten fotoelektrischen Bauteile in einem Zweig der Meßbrücke zusammengefaßt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet daß die in einem Zweig der Meßbrücke zusammengefaßten fotoelektrischen Bauteile auf der Meßplatte nicht unmittelbar benachbart angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet daß die in einem Zweig der Meßbrücke zusammengefaßten fotoelektrischen so Bauteile auf der Meßplatte ausschließlich in Zeilen nebeneinander angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß als Lichtteiler eine dünne Glasplatte vorgesehen ist, die zur optischen Achse mit 45° geneigt ist

It. Vorrichtung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß anstelle der einen Meßplatte eine Mattglasscheibe vorgesehen ist.

60