[发明专利]非治疗目的的诱导听皮层可塑性的知觉训练方法

说明书

本发明属于生命科学/医学技术领域，公开了一种非治疗目的的诱导听皮层可塑性的知觉训练方法，其包括训练装置，所述训练装置位于隔音屏蔽箱中，包括控制器、声音发生器、扬声器、给食器、红外探鼻器及照明灯。本发明还公开了所述训练装置在听皮层可塑性的诱导、知觉训练中的应用。本发明具有无创、广谱等特性，提高听皮层神经元频率选择性，具有广泛应用前景。

技术领域

本发明属于生命科学/医学技术领域，涉及提高脑感觉系统可塑性，维持脑健康的技术方案，具体涉及一种基于无痛苦训练刺激的听皮层可塑性的知觉训练装置、方法和应用。

背景技术

哺乳动物出生后，脑会经历一个快速的发育成熟过程。在发育的关键期(Criticalperiod)，大脑的结构和功能易受环境、经验等因素影响，具极大的可塑性。然而对关键期后(Post-critical period)的成年动物而言，脑可塑性的诱导、表达及其调节机制与处于关键期的幼年动物相比具明显的差异。例如在关键期，动声暴露即可诱导大脑听觉皮层发生与声刺激特性相关的结构重组(Reorganization)及过度表达(Over representation)。而对于成年听觉系统，特定声刺激只有与动物的行为相联合并通过训练才可能诱导听皮层的可塑性变化(Zhou et al.,2010；Zhang et al.,2013；Zhu et al.,2016；Liu et al.,2018)。这种脑对输入信息的加工因训练而得到改变并最终影响感觉认知功能的范式即为知觉训练(Perceptual training)。

由于知觉训练往往具较强的任务特异性(Task specificity)和刺激特异性(Stimulus specificity)(Lu et al.,2011；阎崟等,2015)。通过频率知觉训练后，大鼠初级听皮层神经元只有任务相关频率的皮层区域受到强化(Zhou and Merzenich,2007；Zhouet al.,2010)，而任务相关频率之外的皮层代表区并未得到强化。为此，目前存在的频率知觉训练范式只能局限地强化任务相关的频率代表区域，表现在任务相关代表区面积的扩大与该频率代表区功能的强化，而任务相关代表区外的神经元频率选择性消失或并未改变。

由于频率知觉训练后，大鼠初级听皮层神经元只有任务相关频率的皮层区域受到强化(Zhou and Merzenich,2007；Zhou et al.,2010)，而任务相关频率之外的皮层代表区并未得到强化。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明首次提供了从整体上强化听皮层神经元功能的技术方案，设计了一种新的知觉训练方法和训练系统，所述方法和系统能够广泛诱导听皮层可塑性，将可塑性诱导效果放大至全频率谱皮层代表区域。

本发明方法是仁慈的、免痛苦的训练方法，本发明方法不向动物施加负面或痛苦的刺激且不依靠痛苦或恐惧来教授所需动作，本发明方法适用于广泛的动物训练领域。

为了让动物有足够的动力去完成训练任务，在训练前和训练时，需要调整动物每日的进食时间。以大鼠为例，在满足大鼠体重不下降的情况下，每只大鼠每日需要进食10g鼠饲料。因此，在训练前和训练过程中，根据动物得到的食物奖励总重量，在训练后进行补食，同时保证在训练过程中大鼠保持饥饿而有更多的训练欲望。

本发明提出了一种非治疗目的的知觉训练装置，所述训练装置位于隔音屏蔽箱中，所述训练装置包括：控制器、声音发生器、扬声器、给食器、红外探鼻器及照明灯；其中，所述控制器分别连接声音发生器、扬声器、给食器、红外探鼻器及照明灯，并外接计算机，将计算机语言转换为硬件控制信号；所述声音发生器产生声音信号经过所述扬声器播出声音；所述红外探鼻器与所述给食器置于训练装置的同一面，该面作为操作面；所述操作面是指受训动物需要触发红外探鼻器与获取奖励的装置内面；所述扬声器置于所述操作面对面；所述照明灯置于训练装置顶部或隔音屏蔽箱顶板；所有部件均由电缆连接至控制器，装置工作时，由电脑编程通过控制器控制各部件信号的输入与输出。

本发明装置中，还包括饮水器，供动物自由饮水。