WO2013011186A1 - Dispositivo para la experimentación animal en la investigación en neurociencias - Google Patents

Dispositivo para la experimentación animal en la investigación en neurociencias Download PDF

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WO2013011186A1
WO2013011186A1 PCT/ES2012/070544 ES2012070544W WO2013011186A1 WO 2013011186 A1 WO2013011186 A1 WO 2013011186A1 ES 2012070544 W ES2012070544 W ES 2012070544W WO 2013011186 A1 WO2013011186 A1 WO 2013011186A1
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data acquisition
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PCT/ES2012/070544
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Miguel Angel MARTÍN PASCUAL
Celia ANDREU SÁNCHEZ
José Antonio SANTOS
Agnés GRUART I MASSO
José M. DELGADO-GARCIA
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Universidad Pablo De Olavide
Universitat Autonoma De Barcelona
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    • A61B2560/04—Constructional details of apparatus
    • A61B2560/0487—Special user inputs or interfaces

Definitions

  • the present device is included in the devices for the study of animal or human behavior. More specifically, it allows the realization of experiments that will be applicable in the field of neurosciences, psychology, medicine and audiovisual reception studies and learning and teaching studies.
  • the present invention is part of the investigation into the behavior and the devices of measurement and neuropsychological and neurophysiological research. It is also of interest to the computer industry and brain-machine communication studies.
  • Problem boxes are devices used to study learning by trial and error.
  • the Skinner box allows the subjects of the experiments to be taught to perform certain actions, such as pressing a lever to obtain food or drink. More modern designs of the old box allow the self-stimulation of the subject by means of electrodes or the self-administration of substances, mediating cognitive or motor challenges. All this can be caused previously or through the operation of mechanical-electric levers by means of sounds, visual stimuli or the like that precede or follow rewards or punishments.
  • the usual structure of Skinner's boxes includes a space that allows the study specimen to be accommodated so that it can develop various movements, operate levers or, on less occasions, restrict its movements to achieve focused attention or certain postures. Different accessories launch visual stimuli such as light spots, throw auditory stimuli through loudspeakers or provide electric shocks through a lower rack. Complementary accessories such as photoelectric cells, allow to locate the animal in the box, or to count its approaches or manipulations.
  • the entire system today connects to a computer system that quantifies or analyzes events and their frequency.
  • WO-201 1017328 describes a multi-screen device with which vision and formation tests are performed.
  • the invention provides a system and method with which to receive an input by means of a touch screen device.
  • a graphic element is displayed on the touch screen device so that the information can be received by physical contact between the subject and the screen surface of the touch screen device.
  • the touch screen device communicates the input signal for the sensory training device using a wireless communication protocol.
  • JP-62222105 describes an apparatus for analyzing animal behavior without causing stress to the study subject. It consists of a Skinner box that allows the activity of the specimen and that includes a sensor, a device that allows to know the position of the specimen and a system with which to process the output of this device and store the data obtained.
  • Document US-2010182247 proposes a device that includes one or more multi-easy screens and software for its use. It is configured to capture inputs by contacting the subject with the screen and in the case If you have more than one screen, you can show elements from the subject's contact with one of the screens to act on other screens.
  • Document CN-101584585 discloses a device and the software used by it to study the behavior of white rats. The experiments are performed in low noise and low light conditions so as not to modify the behavior of the rat.
  • Document CN-201393459 describes an intelligent animal training system comprising a training control unit, an exhibition unit, an image control unit and an animal activity box.
  • the present invention aims to provide a device for neuroscience research that allows the presentation of interaction elements on touch screens quickly and flexibly.
  • the present invention proposes a device that has manipulative or multitouch interaction of virtual objects, a multi-stimulating virtual adaptive immersive environment and the ability to activate the images presented on the screen based on the brain's electrical activity of the experimental animal.
  • This invention allows animals to interact conceptually with a virtual learning interface for the first time.
  • the device of the present invention allows more complex experiments to be carried out than those performed with devices known and used in the state of the art. In addition these experiments are configured quickly and flexibly. The change of presentation of stimuli or configuration of new experiments is done much faster and with media economy The presentation of tactile interfaces and audiovisual information is done without mechanical manipulation.
  • Another advantage of the present device is that fewer means are necessary to carry out the desired experiments. Thanks to the speed and flexibility with which the experiments that were previously difficult to construct are configured with this device, the analysis of new neuroscientific fields such as metacognition in animal learning is achieved.
  • the present invention proposes a device for animal experimentation in neuroscience research comprising a prismatic framework, a data acquisition system, data processing means and a computer system.
  • the data acquisition system of the device is connected to a computer system in which the data processing means are and which is connected to a plurality of touch screens.
  • the touch screens are attached to the prismatic frame as walls and act as an input / output device of the computer system.
  • the touch screens are placed in the prismatic frame and fixed to it by means of a mechanical fastening system that allows easy exchange. This allows that the tactile screens can be replaced by others in case its maintenance is necessary and allows its change by another type of screen. You can also have a hybrid device in which some of the sides of the prismatic frame are covered with touch screens and the rest of the sides are covered with methacrylate walls, grilles, etc. depending on the experiment you want to perform.
  • the touch screens that are used in the device of the invention can be capacitive or resistive.
  • the type of screen used depends on the area in which the screen is placed. Thus, if the screen is placed in a position in which the contact areas of the subject under study with the screen are for example hooves, nails, spikes or chitinous areas, the screens used are resistive screens. When the contact area of the subject under study with the screen is for example the plantar pad, hair, mustaches, etc., the screen used is a capacitive screen.
  • Each screen can present independent information or the screens They can be coordinated by a computer system.
  • the device screens can project a visual environment or present interactive objects and events such as buttons, sub-screens, animations, etc.
  • each of them communicates with the computer system through pulse signals. If independent screens are used, each of them has its own computer system for data recording, event detection and presentation of environments.
  • the touch screens of the invention are used to present the desired environments in each experiment in addition to displaying elements with which the subject of the study interacts.
  • the screen is used as an input device to the computer system since it is used for the subject under study to operate levers, press buttons, etc. which are displayed on the screen.
  • the computer system collects this data and processes it with the data processing means and issues an output that is displayed on the touch screens.
  • the output issued by the data processing means is shown on the screens.
  • the device of the present invention allows changing the type of tests performed on the subject depending on the actions he or she is performing. All this is done quickly and flexibly allowing greater precision in the studies.
  • the data acquisition system used in the device of the invention is of the ADC (analog-digital converter) type that captures the electroencephalographic signals of the subject under study, converts them into digital signals and sends them to the computer system.
  • ADC analog-digital converter
  • the output shown on the screen is a function of part of the input information that is obtained from the screen itself and of the data obtained with the data acquisition system.
  • the software used varies depending on the specific experiment you want to perform.
  • This software can be activated from the electrical activity of the subject under study, for which an encephalogram is used or evoked potentials are used, or based on their behavior and motor activity. That is, the software that is used can be activated with the signals that reach the computer system from the acquisition system of data (which captures the electroencephalographic signal of the subject under study) or from the input data sent by the screen to the computer system (the screen captures the activity of the subject under study).
  • Touch screens that are used can carry cameras. In this way the experiment can be recorded from different perspectives without using devices outside the experimental environment.
  • the screens incorporate an infrared positioning system.
  • the device of the present invention can be connected with other devices that are necessary for carrying out the experiments such as a food dispensing device, a device for opening the door of one of the walls and that the subject under study can pass through, etc.
  • the present invention allows to study the behavior of laboratory animals, or even human beings if the scale is changed, in an immersive virtual reality environment.
  • studies of the perception, therapies and recreational applications of virtual games can be performed.
  • One of the greatest advantages of the present invention is that it allows to study the direct cognitive relationship of the animal by managing the presentation of objects on touch screens according to the mental impulses of the subject to be investigated.
  • FIG. 1 shows the device of the present invention with a subject under study on which the experiments designed for the device are performed.
  • FIG. 2 shows a scheme of the operation of the invention.
  • the device of the invention implements an algorithm whose input can be the behavior of the subject under study (7) or its own brain activity.
  • a commercial data acquisition system (2) ADC is used, that is, an analog-digital converter.
  • the electroencephalographic signals that are captured from the subject are analyzed in the internal unit incorporated in the device where the desired signals are selected and converted into digital signals to be processed in a processor.
  • the captured electroencephalographic signals are recorded online using conventional amplifiers. This can be done by cables or by telemetric systems.
  • the recorded signals can be stored in a logical or physical medium for future recreation analysis of these by means of a DAC system, that is, digital-analog converter. Additionally, the statistical results obtained are stored by the processor in a file. Saved data can be represented or analyzed with additional available programs.
  • the digital outputs of the algorithm will be used, by means of TTL pulses of programmable duration to act on a relay connected to a keyboard that simulates the pressing of a key, reaching this information to the processor.
  • the activation of the mentioned key will activate the task determined in the program that is being executed.
  • touch screens (5) ⁇ Pad have been used and the algorithm has been developed with Apple OS. It also includes an MP150 unit and a UIM100C unit.
  • the MP150 unit is a high-speed data acquisition system (2), which uses the latest network communication technology. It is compatible with any UDP protocol in both Windows and Macintosh. It allows access to multiple MP150 systems in a local area, and save data from these units on a single computer connected to the local network.
  • the system allows to configure the sampling frequency independently in each subsystem, the maximum total speed being 400 kHz.
  • software has been used which is an application installed on a Tablet PC type Pad with an ad-hoc distribution system to be installed on different devices.
  • the algorithm was developed using Xcode4 for OS and the tools used were Xcode 3, Xcode4, Interface Builder and Instruments.
  • the touch screens (5) used must be of the Tablet PC type. In this case, the Apple Pad has been chosen.
  • the touch screens (5) used have LED backlighting, 16 GB capacity, screen size: 768 x 1024 px, accelerometer, light sensor, digital compass, Wi-Fi connection, bluetooth, stereo headphone jack, speaker Integrated, microphone, 30-pin connector port to place external hardware, standby / on and lock button and screen rotation lock button.
  • the objective of the software is to present visual stimuli that the study subject (7), a rat, for example, is able to touch on the touch screen (5) of the tablet used.
  • the rat by touching the virtual button, the rat Receive the food reward from a food dispenser (6) connected to the rest of the device.
  • the software allows screen rotation in portrait mode to optimize virtual button positions.
  • the algorithm of this embodiment shows different colors that in this case are white, black and blue, which are colors that are included in the chromatic range sized for the chromatic vision of the rat.
  • This algorithm allows you to combine different audiovisual stimuli, including video.
  • the size of the stimuli can be changed when the rat interacts with them, to increase the complexity of their work and the position of the stimuli can also be changed when the rat interacts.
  • buttons are presented on the home screen of this embodiment. Each selection leads us to a simple experiment in which the recipient of the experiment can touch a stimulus, a specific color button, to get an answer, for example, food. All the buttons are on a gray background, according to the own light environment of the physical box and the laboratory. Both backgrounds and buttons are configurable in color according to the specific needs of each experiment.
  • the algorithm is designed to allow the resizing of the button, the change of its position and the simultaneous change of the size and position.
  • An information button with the application development, version and other usage criteria is displayed on the home screen.
  • the navigation through the application is completely tactile and intuitive. Every time we have entered one of the described selections we cannot return to the home screen. To access the home screen again it is necessary to exit the application and re-enter to prevent the recipient, the rat in this case, touch, voluntarily or involuntarily, said button and interrupt the experiment.
  • the algorithm of the invention is also capable of being developed for other operating systems existing in other trademarks of touch tablets that are currently on the market such as Android, Symbian, WebOS or Windows 7, among others.
  • a software has been used that has a 40% gray wallpaper imitating the luminosity and walls of the usual research environments.
  • This background can change in contrast, gamma and color depending on the specific needs.
  • the subjects under study (7) have been rats, so an application that showed a 260x104 pixel button in the visible blue spectrum was used for the limited color vision of the rats used.
  • each press of the button by the rat has been taken as a pulse. Spurious keystrokes have been prevented with the software used in the example.
  • Data acquisition is done through an analog-digital converter that captures the animal's encephalographic signals and converts them into digital signals. These signals are sent to the computer system that registers them to have a history of the results of the experiment or to later represent or analyze them with additional programs specially designed for that.
  • an MP system consisting of an MP150 unit and a UIM100C unit.
  • the MP150 unit is a high-speed data acquisition system (2) that uses a network communication technology. This unit allows access to multiple MP150 systems in a local area and to save the data of these units in a single computer connected to the local network.
  • the computer system (4) used allows to configure the sampling frequency independently in case of having different subsystems.

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Abstract

Dispositivo para la experimentación animal en la investigación en neurociencias conformado por un armazón (1) prismático en el que se sujetan pantallas táctiles que actúan como dispositivos de entada/salida de un sistema informático. El dispositivo comprende además un sistema de adquisición de datos (2) y medios para el procesado de dichos datos (3). Este dispositivo permite la realización de experimentos complejos de forma rápida y flexible a través del diseño de software para la experimentación. Permite la inmersión de un sujeto a estudio (7) en un entorno de realidad virtual.

Description

DISPOSITIVO PARA LA EXPERIMENTACIÓN ANIMAL EN LA
INVESTIGACIÓN EN NEUROCIENCIAS
El presente dispositivo se engloba en los dispositivos para el estudio del comportamiento animal o humano. Más concretamente permite la realización de experimentos que serán de aplicación en el campo de las neurociencias, la psicología, la medicina y estudios de recepción audiovisual y estudios de aprendizaje y enseñanza.
La presente invención se encuadra en la investigación sobre el comportamiento y los dispositivos de medida e investigación neuropsicologica y neurofisiológica. Asimismo es de interés para la industria informática y los estudios de comunicación cerebro-máquina.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
Para el estudio del comportamiento animal se han venido utilizando las conocidas como caja-problema en las cuales se colocaba un medio de accionamiento, como por ejemplo una palanca, que el animal a estudio debía accionar para obtener un resultado concreto, por ejemplo, accionar la palanca para abrir la caja y poder salir de ella. Las cajas-problema son dispositivos que sirven para estudiar el aprendizaje por ensayo y error.
Posteriormente se empezaron a utilizar las conocidas como cajas de Skinner, que se basan en la caja-problema y que se utilizan para analizar el comportamiento y el aprendizaje de los animales. Estas cajas permiten estudiar el condicionamiento operante.
La caja de Skinner permite enseñar a los sujetos de los experimentos, a ejecutar determinadas acciones, como presionar una palanca para obtener comida o bebida. Diseños más modernos de la antigua caja permiten la autoestimulación del sujeto mediante electrodos o la autoadministración de sustancias, mediando desafíos cognitivos o motores. Todo ello puede provocarse previamente o mediante la operación de palancas mecánico- eléctricas por medio de sonidos, estímulos visuales o similares que precedan o sigan a recompensas o castigos. La estructura habitual de las cajas de Skinner incluye un espacio que permite acomodar al espécimen de estudio de manera que pueda desenvolver diversos movimientos, accionar palancas o, en menos ocasiones, coartar sus movimientos para conseguir atención focalizada o posturas determinadas. Distintos accesorios lanzan estímulos visuales como puntos luminosos, lanzan estímulos auditivos a través de altavoces o proporcionan descargas eléctricas a través de una rejilla inferior. Accesorios complementarios como células fotoeléctricas, permiten localizar al animal en la caja, o contabilizar sus aproximaciones o manipulaciones. Todo el sistema hoy se conecta a un sistema informático que cuantifica o analiza los eventos y su frecuencia.
El problema de las cajas de Skinner que se utilizan en el estado de la técnica es que solo permiten un diseño invariable de los experimentos. Además las conexiones electro-mecánicas necesarias para realizar estudios con las cajas de Skinner son complejas y se diseñan para la realización de experimentos puntuales.
El documento WO-201 1017328 describe un dispositivo multiplantalla con el que se realizan pruebas de visión y de formación. La invención proporciona un sistema y un método con los que recibir una entrada por medio de un dispositivo de pantalla táctil. Se muestra un elemento gráfico en el dispositivo de pantalla táctil de forma que se puede recibir la información mediante contacto físico entre el sujeto y la superficie de la pantalla del dispositivo de pantalla táctil. El dispositivo de pantalla táctil comunica la señal de entrada para el dispositivo de entrenamiento sensorial utilizando un protocolo de comunicación inalámbrica.
El documento JP-62222105 describe un aparato para analizar el comportamiento animal sin causarle estrés al sujeto de estudio. Está compuesto por una caja de Skinner que permite la actividad del espécimen y que comprende un sensor, un dispositivo que permite conocer la posición del espécimen y un sistema con el que procesar la salida de este dispositivo y almacenar los datos obtenidos.
El documento US-2010182247 propone un dispositivo que incluye una o más pantallas multitáciles y un software para su utilización. Está configurado para captar entradas por medio de contacto del sujeto con la pantalla y en el caso de que presente más de una pantalla permite mostrar a partir del contacto del sujeto con una de las pantallas elementos para actuar en otras pantallas.
El documento CN-101584585 divulga un dispositivo y el software empleado por éste para el estudio del comportamiento de ratas blancas. Los experimentos se realizan en condiciones de poco ruido y poca luz para no modificar el comportamiento de la rata.
El documento CN-201393459 describe un sistema de entrenamiento inteligente de los animales que comprende una unidad de control del entrenamiento, una unidad de exhibición, una unidad de control de imagen y una caja de actividad animal.
Otros documentos de la presente invención que proporcionan dispositivos o software para el estudio del comportamiento animal son CN-10101 1036, CN- 1464466, WO-2010085645, CN-101715739, CN-201393459, CN-101021745, WO-2006040791 o US-2005065452.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene como objetivo proporcionar un dispositivo para la investigación en neurociencias que permite la presentación de elementos de interacción en pantallas táctiles de manera rápida y flexible.
Además la presente invención propone un dispositivo que presenta interacción táctil o multitáctil manipulativa de objetos virtuales, un entorno inmersivo adaptable virtual multiestímulo y capacidad de activación de las imágenes presentadas en pantalla a partir de la actividad eléctrica cerebral del animal experimental. Esta invención permite que por primera vez los animales puedan interaccionar conceptualmente con una interface virtual de aprendizaje.
El dispositivo de la presente invención permite la realización de experimentos más complejos que los realizados con dispositivos conocidos y utilizados en el estado de la técnica. Además estos experimentos se configuran de manera rápida y flexible. El cambio de presentación de estímulos o configuración de nuevos experimentos se realiza de manera mucho más rápida y con economía de medios. La presentación de interfaces táctiles e información audiovisual se realiza sin manipulación mecánica.
Otra ventaja del presente dispositivo es que son necesarios menos medios para llevar a cabo los experimentos deseados. Gracias a la rapidez y flexibilidad con la que se configuran con este dispositivo los experimentos que antes resultaban de difícil construcción, se consigue el análisis de nuevos campos neurocientíficos como la metacognición en el aprendizaje animal.
La presente invención propone un dispositivo para la experimentación animal en la investigación en neurociencias que comprende un armazón prismático, un sistema de adquisición de datos, medios de procesamiento de datos y un sistema informático. El sistema de adquisición de datos del dispositivo está conectado a un sistema informático en el que están los medios de procesamiento de datos y que está conectado a una pluralidad de pantallas táctiles. Las pantallas táctiles están sujetas al armazón prismático a modo de paredes y actúan como dispositivo de entrada/salida del sistema informático.
Las pantallas táctiles se colocan en el armazón prismático fijándose a él mediante un sistema de sujeción mecánica que permite su fácil intercambio. Esto posibilita que las pantallas táctiles puedan ser sustituidas por otras en caso de que sea necesario su mantenimiento y permite su cambio por otro tipo de pantalla. Además se puede tener un dispositivo híbrido en el que algunos de los laterales del armazón prismático estén cubiertos con pantallas táctiles y el resto de los laterales estén recubiertos con paredes de metacrilato, rejillas, etc. en función del experimento que se quiera realizar.
Las pantallas táctiles que se utilizan en el dispositivo de la invención pueden ser capacitivas o resistivas. El tipo de pantalla que se utiliza depende de la zona en la que se coloca la pantalla. Así pues, si la pantalla se coloca en una posición en la que las zonas de contacto del sujeto a estudio con la pantalla son por ejemplo pezuñas, uñas, picos o zonas quitinosas, las pantallas que se utilizan son pantallas resistivas. Cuando la zona de contacto del sujeto a estudio con la pantalla es por ejemplo la almohadilla plantar, pelo, bigotes, etc., la pantalla que se utiliza es una pantalla capacitiva.
Cada pantalla puede presentar información independiente o bien las pantallas pueden estar coordinadas por un sistema informático. Las pantallas del dispositivo pueden proyectar un entorno visual o bien presentar objetos y eventos interactivos como botones, subpantallas, animaciones, etc. En el caso de que las pantallas estén conectadas a un sistema informático, cada una de ellas se comunica con el sistema informático mediante señales de pulsos. Si se utilizan pantallas independientes, cada una de ellas lleva incorporada un sistema informático propio para registro de los datos, detección de eventos y presentación de entornos.
Las pantallas táctiles de la invención se utilizan para presentar los entornos deseados en cada experimento además de mostrar elementos con los que el sujeto objeto del estudio interactúa. Así pues, la pantalla se utiliza como dispositivo de entrada al sistema informático ya que se utiliza para que el sujeto a estudio accione palancas, presione botones, etc. que se muestran en la pantalla. El sistema informático recoge estos datos y los procesa con los medios de procesamiento de datos y emite una salida que se muestra en las pantallas táctiles. La salida emitida por los medios de procesamiento de datos se muestra en las pantallas. Así el dispositivo de la presente invención permite cambiar el tipo de pruebas que se realiza al sujeto en función de las acciones que éste esté realizando. Todo esto se realiza de forma rápida y flexible permitiendo mayor precisión en los estudios.
El sistema de adquisición de datos que se emplea en el dispositivo de la invención es del tipo ADC (convertidor analógico-digital) que capta las señales electroencefalográficas del sujeto a estudio, las convierte en señales digitales y las envía al sistema informático.
Así la salida que se muestra en la pantalla es función por una parte de la información de entrada que se obtiene de la propia pantalla y de los datos que se obtienen con el sistema de adquisición de datos.
El software que se utiliza varía en función del experimento concreto que se quiere realizar. Este software puede ser activado a partir de la actividad eléctrica del sujeto a estudio, para lo que se utiliza un encefalograma o se utilizan potenciales evocados, o bien a partir de su comportamiento y de su actividad motora. Es decir, el software que se utiliza puede activarse con las señales que llegan al sistema informático a partir del sistema de adquisición de datos (que capta la señal electroencefalográfica del sujeto a estudio) o bien a partir de los datos de entrada que envía la pantalla al sistema informático (la pantalla capta la actividad del sujeto a estudio).
Las pantallas táctiles que se utilizan pueden llevar cámaras. De esta forma se puede grabar el experimento desde distintas perspectivas sin necesidad de utilizar dispositivos ajenos al entorno experimental.
En otra realización de la invención, las pantallas incorporan un sistema de posicionamiento por infrarrojos.
El dispositivo de la presente invención se puede conectar con otros dispositivos que sean necesarios para la realización de los experimentos como por ejemplo un dispositivo dispensador de comida, un dispositivo para abrir la puerta de una de las paredes y que el sujeto a estudio pueda atravesarla, etc.
Así pues la presente invención permite estudiar el comportamiento de animales de laboratorio, o incluso de seres humanos si se cambia la escala, en un entorno inmersivo de realidad virtual. Cuando el dispositivo de la invención se utiliza con seres humanos, se pueden realizar estudios de la percepción, terapias y aplicaciones lúdicas de juegos virtuales.
Una de las mayores ventajas de la presente invención es que permite estudiar la relación cognitiva directa del animal gestionando la presentación de objetos en pantallas táctiles en función de los impulsos mentales del sujeto a investigar.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
FIG. 1 muestra el dispositivo de la presente invención con un sujeto a estudio sobre el que se realizan los experimentos diseñados para el dispositivo.
FIG. 2 muestra un esquema del funcionamiento de la invención.
Referencias:
1 :Armazón, 2:Sistema de adquisición de datos; 3:Medios de procesamiento de datos; 4: Sistema informático; 5: Pantalla táctil; 6. Dispensador de comida; 7:Sujeto a estudio
EXPOSICION DETALLADA DE MODOS DE REALIZACIÓN
El dispositivo de la invención implementa un algoritmo cuya entrada puede ser el comportamiento del sujeto a estudio (7) o bien su propia actividad cerebral. Para la captación de la actividad cerebral del sujeto a estudio se utiliza un sistema comercial de adquisición de datos (2) ADC, es decir, un convertidor analógico-digital. Las señales electroencefalográficas que se captan del sujeto son analizadas en la unidad interna incorporada en el dispositivo donde se seleccionan las señales deseadas y se convierten en señales digitales para ser procesadas en un procesador.
Las señales electroencefalográficas captadas se registran on-line mediante amplificadores convencionales. Esto se puede hacer mediante cables o mediante sistemas telemétricos. Las señales registradas se pueden almacenar en un soporte lógico o físico para futuros análisis de recreación de éstos mediante un sistema DAC, es decir, convertidor digital-analógico. Adicionalmente, los resultados estadísticos obtenidos son almacenados por el procesador en un fichero. Los datos guardados pueden representarse o analizarse con programas adicionales disponibles.
Se utilizarán las salidas digitales del algoritmo, mediante pulsos TTL de duración programable para actuar sobre un relé conectado a un teclado que simula la pulsación de una tecla, llegándole esta información al procesador. La activación de la mencionada tecla activará la tarea determinada en el programa que se esté ejecutando.
En este ejemplo de realización se han utilizado pantallas táctiles (5) ¡Pad y el algoritmo se ha desarrollado con ¡OS de Apple. Además comprende una unidad MP150 y una unidad UIM100C. La unidad MP150 es un sistema de alta velocidad de adquisición de datos (2), que utiliza la última tecnología de comunicación por red. Es compatible con cualquier protocolo UDP tanto en Windows como en Macintosh. Permite el acceso a múltiples sistemas MP150 en un área local, y guardar los datos de estas unidades en un único ordenador conectado a la red local. El sistema permite configurar la frecuencia de muestreo independientemente en cada subsistema, siendo la máxima velocidad total de 400 kHz.
Los sujetos de investigación interactúan en este dispositivo con pantallas táctiles (5) de manera cognitiva y manipulativa, ya sea mediante botones, áreas irregulares, imágenes, colores, espacios virtuales, presentados en pantallas táctiles (5) con software dedicado y efectúan elecciones a través de esta novedosa interface.
En un ejemplo de realización, se ha utilizado un software que es una aplicación instalada en un Tablet PC tipo ¡Pad con un sistema de distribución ad-hoc para poder ser instalado en distintos dispositivos. El algoritmo se ha desarrollado mediante Xcode4 para ¡OS y las herramientas utilizadas han sido Xcode 3, Xcode4, Interface Builder e Instruments.
Las pantallas táctiles (5) que se utilicen deben ser del tipo Tablet PC. En este caso se ha elegido el ¡Pad de Apple. Las pantallas táctiles (5) utilizadas tienen retro-iluminación LED, capacidad de 16 GB, tamaño de la pantalla: 768 x 1024 px, acelerómetro, sensor de luz, brújula digital, conexión Wi-Fi, bluetooth, toma de auriculares estéreo, altavoz integrado, micrófono, puerto conector de 30 pines para colocar hardware externo, botón de reposo/activado y bloqueo y botón de bloqueo de rotación de pantalla.
El objetivo del software es presentar estímulos visuales que el sujeto de estudio (7), una rata, por ejemplo, sea capaz de tocar en la pantalla táctil (5) de la tableta utilizada. En el presente ejemplo, al tocar el botón virtual, la rata recibe la recompensa de la comida de un dispensador de comida (6) conectado al resto del dispositivo. El software permite la rotación de la pantalla en modo retrato para optimizar posiciones de los botones virtuales.
El algoritmo de este ejemplo de realización presenta distintos colores que en este caso son blanco, negro y azul, que son colores que están comprendidos en la gama cromática dimensionada para la visión cromática de la rata.
Este algoritmo permite combinar estímulos audiovisuales diferentes, incluido vídeo. Se puede cambiar el tamaño de los estímulos cuando la rata interactúa con ellos, para aumentar la complejidad de su trabajo y se puede cambiar también la posición de los estímulos cuando la rata interactúa.
El algoritmo implementado en este ejemplo de realización ha sido diseñado pensando en la rata como su destinatario y usuario. No obstante, podría fácilmente aplicarse a otros animales de experimentación.
En la pantalla de inicio de este ejemplo de realización se presentan seis botones. Cada selección nos lleva a un experimento sencillo en el que el destinatario del experimento puede tocar un estímulo, un botón de color específico, para obtener una respuesta, por ejemplo, comida. Todos los botones están sobre un fondo gris, acorde con el entorno propio lumínico propio de la caja física y el laboratorio. Tanto fondos como botones son configurables en color según las necesidades específicas de cada experimento.
El algoritmo está diseñado para permitir el cambio de tamaño del botón, el cambio de su posición y el cambio simultáneo del tamaño y la posición.
Se presenta en la pantalla de inicio un botón de información con el que se muestra el desarrollo de la aplicación, la versión y otros criterios de uso. La navegación por la aplicación es totalmente táctil e intuitiva. Cada vez que hemos entrado en una de las selecciones descritas no podemos volver a la pantalla de inicio. Para acceder de nuevo a la pantalla de inicio es necesario salir de la aplicación y volver a entrar para evitar que el destinatario, la rata en este caso, toque, voluntaria o involuntariamente, dicho botón e interrumpa el experimento. El algoritmo de la invención es susceptible de desarrollarse también para otros sistemas operativos existentes en otras marcas comerciales de tabletas táctiles que actualmente están en el mercado como por ejemplo Android, Symbian, WebOS o Windows 7, entre otros.
En el ejemplo de realización que se propone se ha utilizado un software que presenta un fondo de pantalla gris del 40% imitando la luminosidad y las paredes de los entornos de investigación habituales. Este fondo puede cambiar en contraste, gamma y color en función de las necesidades específicas. En este caso los sujetos a estudio (7) han sido ratas por lo que se ha empleado una aplicación que mostraba un botón de 260x104 pixeles en el espectro de azul visible para la limitada visión cromática de las ratas empleadas. Para el experimento que se ha realizado con este ejemplo se ha tomado cada pulsación del botón por parte de la rata como un pulso. Con el software empleado en el ejemplo se han prevenido pulsaciones espurias.
La adquisición de datos se realiza mediante un convertidor analógico-digital que capta las señales encefalográficas del animal y las convierte en señales digitales. Estas señales se envían al sistema informático que las registra para tener un histórico de los resultados del experimento o para posteriormente representarlas o analizarlas con programas adicionales especialmente diseñados para eso.
En este ejemplo concreto de la presente invención se utiliza un sistema MP System constará de una unidad MP150 y de una unidad UIM100C. La unidad MP150 es un sistema de alta velocidad de adquisición de datos (2) que utiliza una tecnología de comunicación por red. Esta unidad permite el acceso a múltiples sistemas MP150 en un área local y guardar los datos de estas unidades en un único ordenador conectado a la red local. El sistema informático (4) utilizado permite configurar la frecuencia de muestreo de forma independiente en caso de que se tengan distintos subsistemas.

Claims

REIVINDICACIONES
1 - Dispositivo para la experimentación animal en la investigación en neurociencias que comprende un armazón (1 ) prismático en el interior del cual se introduce al sujeto a estudio (7), un sistema de adquisición de datos (2), medios de procesamiento de datos (3) y al menos un sistema informático (4) y que está caracterizado por que el sistema de adquisición de datos (2) está conectado a los medios de procesamiento de datos (3) que están en el sistema informático (4) y dicho sistema informático (4) está conectado a una pluralidad de pantallas táctiles (5), sujetas al armazón (1 ) prismático, que actúan junto con otros elementos de entrada/salida del dispositivo como interfaz del sujeto a estudio (7) con el sistema informático (4).
2- Dispositivo según la reivindicación 1 en el que las pantallas táctiles (5) se sujetan al armazón (1 ) prismático mediante un sistema de sujeción mecánico que permite su intercambiabilidad.
3- Dispositivo según la reivindicación 1 en el que el sistema de adquisición de datos (2) es un convertidor analógico-digital que está conectado con el sistema informático y que capta las señales encefalográficas del sujeto a estudio (7), las convierte en señales digitales y las envía al sistema informático (4).
4- Dispositivo según la reivindicación 1 que implementa un algoritmo que presenta un botón en la pantalla táctil (5) de un color y un tamaño determinados y que permite cambiar el tamaño, el color, la posición y las distintas combinaciones de estas variables en función del experimento que se desee realizar.
5- Dispositivo según la reivindicación 1 que implementa un algoritmo que permite la presentación multitáctil de imágenes, de estímulos auditivos y de formas audiovisuales en general.
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