[发明专利]一种大鼠行为红外线识别系统及其使用方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种大鼠行为红外线识别系统及其使用方法和应用。

背景技术

现有的大鼠行为学量化实验中，一般使用的是电驱动跑步机，通过控制电驱动跑步机的转动速率，来控制大鼠的跑步速率，但是电驱动跑步机存在以下弊端，一是电驱动跑步机会产生一定的电磁场，大鼠的脑电信号非常微弱，一般在微伏级，该电磁场会对大鼠的脑电信号产生严重的影响，导致无法准确的检测和分析脑电信号；二是需要添加额外的屏蔽装置，但是屏蔽装置占面积大，使用操作不便，而且价格昂贵。

现有的行为学实验中多是利用食物诱导形成条件反射使大鼠运动，但是该方法存在明显的弊端，一是在实验前需要对大鼠进行长期的饥饿处理，体质下降，有些大鼠甚至处于病态，影响脑电信号；二是饥饿状态会影响大鼠的情绪，有研究表明情绪影响脑电信号；三是无法灵活地控制大鼠连续运动，难以采集大鼠在连续运动状态下的脑电信号；四是大鼠边咀嚼边跑动，咀嚼对脑电信号的干扰很大，无法进行后续的分析。

现有的跑步机装置上很少有同步标记大鼠特定行为的装置，只能通过肉眼或摄像装置标记，但是由于肉眼观察后再操作或摄像设备的延迟，标记不准确，无法实现同步标记，很难识别大鼠在特定行为下对应的脑电信号。

此外，现有的行为学实验中对大鼠运动缺陷症状的评价只有运动时间一项指标，不能准确、全面的量化评价，缺乏一种较为完善的大鼠行为学量化评价方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，提供一种大鼠行为红外线识别系统及其使用方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大鼠行为红外线识别系统，包括记录显示器、跑步机、信号采集系统、若干个红外探测器以及用于读取大鼠脑电信号的装置，其中，若干个红外探测器分别与大鼠的行为发生处对应安装；所有红外探测器和用于读取大鼠脑电信号的装置均与信号采集系统连接，信号采集系统与记录显示器连接，将大鼠的特定行为同步记录在大鼠的脑电信号中。

优选的，所述跑步机为手摇式跑步机，其包括转杆、用于供大鼠跑步的滚筒以及安装在滚筒一侧的阻挡杆，所述转杆与滚筒连接，用以控制滚筒转速。该跑步机便于灵活地控制大鼠连续运动，节省实验操作时间，不再依赖食物形成条件反射，有效地避免了咀嚼干扰脑电信号，而且手工摇动，可以避免电驱动跑步机电磁场对脑电信号的干扰。

进一步优选的，所述滚筒的两侧还分别设置有转轮，所述阻挡杆安装在转轮上。转轮的直径大于滚筒的直径，由于大鼠溜边跑动，能有效地避免大鼠从跑步机上跌落，而且阻挡杆安装在转轮上可以更方便地与红外探测器相对安装，避免大鼠阻挡红外探测器。

优选的，所述红外探测器包括红外避障传感器和上拉电阻，上拉电阻与红外避障传感器信号输出端连接。红外避障传感器是NPN型光电开关，输出状态是0，1，即数字电路中的高电平和低电平。该红外探测器能够自动检测大鼠的特定行为，并且能够触发信号采集系统以“标记”的形式同步记录在大鼠的脑电信号中，几乎没有延迟。

进一步优选的，所述上拉电阻的阻值为1KΩ。实验发现，在该阻值的定值电阻下，红外探测器的灵敏度更高，延迟更小。

优选的，所述用于读取大鼠脑电信号的装置为头皮记录电极。头皮记录电极可以通过贴合在头皮上获得头皮的脑电信号，不需要通过手术植入电极，对大鼠没有造成创伤，没有引入更多的影响因素，更加方便操作。

所述红外线识别系统的使用方法，包括如下步骤：

1)当大鼠在跑步机上跑动时，观察大鼠的行为，并将红外探测器设置在大鼠特定行为发生位置的相应位置上；用以记录大鼠的特定行为。

2)跑步机匀速运动，使大鼠在跑步机上运动，将大鼠的特定行为记录在大鼠的脑电信号中，分析大鼠的特定行为与脑电信号之间的关系。

优选的，步骤1)中，大鼠的特定行为为迈前肢、抬头或失误等。可以将大鼠的特定行为与大鼠的相应的脑电信号对应起来，更加有利于研究大鼠的行为。

优选的，步骤2)中，跑步机的旋转速度为12r/min。在该旋转速度下，大鼠连续跑动，可以保证较好的实验效果，更好的分析大鼠连续跑动、特定行为与脑电信号之间的关系。

所述大鼠行为红外线识别系统在建立帕金森综合症大鼠行为学量化评价体系中的应用。

本系统可以用于建立帕金森综合症大鼠行为学量化评价体系，进而根据评价体系得出大鼠病情的严重程度。

红外识别的原理：