大小鼠视觉认知行为学自动训练系统

摘要

本发明公开了一种大小鼠视觉认知行为学自动训练系统，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；微控器通过USB接口与主控单元通信连接；训练箱为上开口结构；视频监控器设置在训练箱上部；奖励单元由设置在训练箱下部的食盘和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；惩罚单元由设置在训练箱上部的扫频超声波扬声器构成；视觉线索显示单元包括电容式触摸屏和显示屏，电容式触摸屏装于框架内，框架下边框与训练箱侧壁铰接，框架上边框通过拉簧与训练箱侧壁连接，显示屏设置在电容式触摸屏的后方位置处。本发明优点在于实现对实验动物视觉认知行为学的自动化训练。

主权项

一种大小鼠视觉认知行为学习自动训练系统，包括训练箱（1）、主控单元（2）、视频监控器（3）、微控器（4）、奖励单元、惩罚单元、视觉线索显示单元；其特征在于：所述训练箱（1）采用有机玻璃材料制作，箱体四周封闭顶端开放，便于放置受试动物并保证箱体透气，使用时在构成训练箱的训练箱框架外罩遮光隔离罩，确保实验过程的无干扰性；所述主控单元（2）由电脑主机和一台显示器构成，用于训练过程的模式参数设置、与其它各电路模块实现数据通讯与控制指令发送、训练实验数据采集和分析处理、训练模式的自动切换、以及训练数据和结果的显示、存储和输出；所述视频监控器（3）由微光高清摄像头和数据采集装置构成，设置在训练箱（1）的上部，其视频信号输出端与所述主控单元（2）视频信号输入端连接，用于受试动物视觉认知行为学习训练过程的监控或无人值守时的实验过程回放；所述微控器（4）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；所述微控器（4）通过USB接口与主控单元（2）通信连接；所述奖励单元由设置在训练箱（1）下部的食盘（5）和设置在食盘（5）一侧的红外感应开关（6）、以及设置在食盘（5）正上方由电控阀（7）控制的供水管（8）构成，所述电控阀（7）控制输入端、红外感应开关（6）信号输出端分别与微控器（4）的控制输出端、信号输入端连接；所述惩罚单元由扫频超声波发生器和压电陶瓷扬声器组成，与微控器（4）中对应的驱动电路电连接，采用令大小鼠不适的20‑30kHz的扫频超声波用于对行为错误的受试动物进行超声波惩罚；所述视觉线索显示单元包括电容式触摸屏（10）和显示屏（11），用于在精确呈现视觉刺激的同时，实时同步检测受试动物的触屏行为响应信号，为有效快速建立视觉线索与行为响应间的操作式条件反射提供保证；所述电容式触摸屏（10）安装于框架（12）内，通过IIC接口与微控器（4）进行通信，用于实时同步检测受试动物的触屏行为响应信号，该信号被反馈至主控单元（2）用以确定奖、惩控制指令；电容式触摸屏（10）尺寸应等于或略小于显示屏（11）以确保视觉线索图像无障碍的呈现以及受试动物触屏行为的有效响应；所述框架（12）嵌入在开设于训练箱（1）下部侧壁的窗口内，框架（12）的下边框与训练箱（1）侧壁相铰接，框架（12）的上边框通过拉簧（13）与训练箱（1）侧壁连接，当动物触碰触摸屏幕时会有一种弹性反馈感触，增强动物对自我动作的感应，有助于受试动物视觉认知行为学习，所述显示屏（11）设置在电容式触摸屏（10）的后方位置处，显示屏（11）的视频信号输入端与主控单元（2）连接，电容式触摸屏（10）通过IIC总线与微控器（4）通信连接；训练的每个阶段采用不同的实验控制参数设置，实时检测到的受试动物行为响应数据被送入主控单元（2）中的数据分析模块进行分析，根据学习正确率的分布指标，自适应切换为适宜阶段的训练模式对受试动物进行训练, 无需人工值守和参数调整。