[发明专利]大小鼠视觉认知行为学习自动训练系统

说明书

技术领域

本发明涉及大小鼠视觉认知行为学习训练系统，尤其是涉及大小鼠视觉认知行为学习自动训练系统。

背景技术

在脑认知功能、神经网络可塑性、药物评估、基因工程等研究领域，经常通过大小鼠视觉认知行为实验来观察和评估不同因素对脑认知功能的影响，即通过训练，使大小鼠学会根据视觉线索完成特定的行为，从而根据其行为反馈结果对其脑认知功能进行评价。训练是大小鼠视觉认知行为学习过程的关键步骤，目的是建立特定视觉线索与特定行为响应之间的条件反射，进而完成视觉目标辨识、视觉工作记忆等视觉认知任务。目前常见的大小鼠视觉认知行为学习训练实验方法多结合奖惩机制，受试动物根据视觉线索做出行为响应后给予一定的奖励或惩罚。奖励包括食丸、果汁、牛奶、水或电刺激虚拟愉悦感，其中食丸、果汁、牛奶等奖励方式容易造成奖励执行机构阻塞，同时单一口味的食物或果汁牛奶奖励容易引起动物厌恶，不容易建立自动化的训练系统；电刺激奖励利用对大脑愉悦区的刺激使动物获得虚拟的奖赏，容易成瘾。惩罚方式常见的包括声光刺激、电击惩罚等，但这些惩罚方式通常因动物可以通过选择位置或闭眼等行为而降低惩罚效果、刺激强度不宜确定或发生耐受、或者容易造成动物的过度恐惧而导致实验无法继续进行。

此外，现有的一些动物视觉认知行为学习训练系统在硬件方面和实验方法及数据分析方面自动化程度较低。在硬件方面多采用踏板、摇杆或触摸屏来记录受试动物在视觉线索呈现后的行为响应，踏板和摇杆灵敏度较差，容易漏记行为响应。在实验方法及数据分析方面，多依赖于人为经验设置实验参数或确定实验阶段，没有考虑不同受试动物的个体差异对训练过程的影响，无法根据不同受试个体、以及学习过程的不同阶段，自适应的调整训练实验参数和切换训练模式，导致对受试动物个体的过度训练或训练不足，训练效果稳定性差；同时实验过程中需要较多的人为参与，不仅费时费力，还对大小鼠的训练造成了一定干扰，训练周期长。

因此，需要研制一种能够有效提高训练成功率和稳定性、同时缩短训练周期的大小鼠视觉认知行为学习的自动训练系统，但目前还未见诸有关这方面的报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种大小鼠视觉认知行为学习自动训练系统。 

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的大小鼠视觉认知行为学习自动训练系统，包括训练箱、主控单元、视频监控器、微控器、奖励单元、惩罚单元、视觉线索显示单元；所述微控器通过USB接口与主控单元通信连接；所述训练箱为上开口结构；所述视频监控器设置在训练箱的上部，其视频信号输出端与所述主控单元视频信号输入端连接；所述奖励单元由设置在训练箱下部的食盘和设置在其一侧的红外感应开关、以及设置在食盘正上方由电控阀控制的供水管构成，所述电控阀控制输入端、红外感应开关信号输出端分别与微控器的控制输出端、信号输入端连接；所述惩罚单元由设置在训练箱上部的扫频超声波扬声器构成，所述扫频超声波扬声器控制输入端与微控器的控制输出端连接；所述视觉线索显示单元包括电容式触摸屏和显示屏，所述电容式触摸屏安装于框架内，所述框架嵌入在开设于训练箱下部侧壁的窗口内，框架的下边框与训练箱侧壁相铰接，框架的上边框通过拉簧与训练箱侧壁连接，所述显示屏设置在电容式触摸屏的后方位置处，显示屏的视频信号输入端与主控单元连接，电容式触摸屏通过IIC总线与微控器的通信连接。

所述微控器包括：单片机，连接于所述单片机控制输出端的扫频超声波驱动电路、光耦隔离电路和电容式触摸屏驱动电路，所述电容式触摸屏驱动电路通过IIC总线与单片机通信连接，所述光耦隔离电路控制输出端与电控阀驱动电路控制输入端连接。

所述主控单元为具有显示功能的工业控制计算机；所述扫频超声波扬声器位于所述电容式触摸屏的上方位置处。

本发明优点在于实现对实验动物视觉认知行为学习的自动化训练，并且奖励不会成瘾、惩罚不产生痛苦或恐惧，对动物不会造成负面效应，从而获得稳定可靠的训练量化评估指标。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明所述视觉线索显示单元的结构示意图。

图3是本发明的控制电路原理框图。

图4是图3的微控器电路原理框图。

图5是图4的单片机电路原理图。

图6是图4的光耦隔离、电控阀驱动电路原理图。

图7是图4的电容式触摸屏驱动电路原理图。

图8是图4的扫频超声波驱动电路原理图。

图9是本发明所述微控器主程序初始化流程图。