[发明专利]网络化多计算机协同行为电生理实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及利用多台电脑组成的立体网络进行行为电生理实验的系统及其相关的方法，属于神经科学领域。

背景技术

现代的行为电生理实验室普遍已经使用了计算机，其自动化程度比传统大为提高。但通常的行为电生理实验是由一台电脑通过CPU分时的方法(伪实时)控制几种实验设备，无法实现真正的实时给予多种实验刺激和采集多种实验数据的功能。

例如，在给予动物光和声音刺激时记录动物行为录像(25帧/秒，640×480分辨率，颜色深度24bit)以及多通道脑电信号(采样频率是1KHz/通道，通道数一般在10个以上)，如果用一台电脑(不论是否多核CPU)控制实验设备同时兼顾数据采集和/或数据分析(参见图三)，通常录像数据都会有掉帧的情况(CPU核越少或主频越低或内存越小，则掉帧现象越严重)，或同时伴有脑电信号短时间漏采(漏采量取决于模数转换板(AD板)卡上的存储大小以及CPU读取AD板上数据的速度)。

另一个问题是，如果要研究脑电信号不同通道之间以及脑电与动物行为间同步的问题，只用一台电脑控制设备兼采样会导致各种信号之间发送的延迟和数据采集的延迟，这种延迟会导致数据分析的结果产生无法估计的系统性误差。

再者，传统的行为电生理实验系统只能够在实验完成后数小时或者一两天后才可知道实验的结果。若实验策略需要根据实验结果及时修正研究方案的话，这样的方法效率就比较低。

最后，在传统的行为电生理实验中，如果实验室负责人需要了解实验室内部各个实验小组当前实验进行的情况，可以在每间实验单元内加装监控录像，但这只能够看到现场，而并不能了解实验具体进行的情况，例如，实验结果是不是符合预期、实验人员的操作是否有误，等等。

因此，为了提高行为电生理学实验的准确度和实验效率，加强对实验的监管，有必要采用新的实验系统和方法，以弥补前述传统方法的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于：为克服上述传统方法的缺陷，本发明提供一种准确、高效，以及便于即时监管的行为电生理实验系统及方法。本发明利用计算机网络和计算控制服务器，以及配合相应的软件，系统地组织多台计算机构成相互协同的行为电生理实验系统，以提高行为电生理实验的准确性、高效性，以及监管的即时性。

本发明提供了一种行为电生理实验系统，包括：一个或多个行为电生理实验单元、计算控制服务器、以及数据库服务器。其中，所述行为电生理实验单元包括一台主控计算机和受控实验设备，所述主控计算机控制所述受控实验设备，以给予实验动物刺激信号，并实时采集和记录所述实验动物的行为信息和电生理实验数据。所述计算控制服务器与所述主控计算机通过主控局域网络相连接，接收所述主控计算机传送的所述实验数据并进行分析和计算。所述数据库服务器通过主控局域网络与所述计算控制服务器相连接，用以存储计算控制服务器传来的数据与信息。

本发明还提供了一种行为电生理实验系统，所述行为电生理实验单元还包括一台或多台工作计算机，所述主控计算机通过单元内局域网络和/或串口直连的方式控制所述工作计算机，由所述工作计算机控制所述实验设备以给予所述实验动物刺激信号、实时采集所述实验动物的所述实验数据并将所述实验数据传送回所述主控计算机。优选地，所述行为电生理实验单元还包括网络监控摄像机，所述网络监控摄像机通过所述主控局域网络与所述计算控制服务器相连。

另一方面，本发明还包括一套统一编写的行为电生理实验软件，所述实验软件至少包括：实时实验控制模块，安装在所述主控计算机和所述工作计算机上，负责控制所述实验设备实时开展行为实验和采集所述实验数据，并在实时实验任务的间隙将采集到的所述实验数据传送给所述计算控制服务器；数据接收模块，安装在所述计算控制服务器上，负责响应各个所述实验单元内所述主控计算机的请求，接收其发送过来的所述实验数据并将该实验数据存储在所述计算控制服务器的存储器中，同时根据其计算请求，将这些请求传送给并行化数据计算分析模块，使数据得到及时的计算分析，最后再将计算分析的结果传送给各所述实验单元的所述主控计算机；所述并行化数据计算分析模块，安装在所述计算控制服务器上，具有多种与行为电生理有关的计算组件，根据所述主控计算机的请求凋用相应的组件完成计算；以及数据传送模块，安装在所述计算控制服务器上，负责将需要长久保存的动物信息、所述实验数据和(/或)实验场景的录像传送到所述数据库服务器上。