用於嚙齒類動物的刺激裝置及多種感覺模式程控刺激系統的製作方法
2023-06-27 06:25:31 1
用於嚙齒類動物的刺激裝置及多種感覺模式程控刺激系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種嚙齒類動物多種感覺模式程控刺激系統，包括用於嚙齒類動物的刺激裝置和用於控制所述刺激裝置進行刺激的控制主機；所述控制主機包括用於發送用於進行聲、光、嗅覺和/或鬍鬚刺激刺激控制命令的上位機及用於接收刺激控制命令，根據所述刺激控制命令控制所述刺激裝置進行聲、光、嗅覺和/或鬍鬚刺激的下位機。本發明提供的用於嚙齒類動物的刺激裝置及其系統可以實施多模式聯合刺激並且對各種刺激時間鎖相進行精確控制。
【專利說明】用於嚙齒類動物的刺激裝置及多種感覺模式程控刺激系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及動物刺激試驗【技術領域】，特別涉及用於嚙齒類動物的刺激裝置及多種感覺模式程控刺激系統。
【背景技術】
[0002]目前，腦感知覺功能的研究是國際上神經科學研究的熱點。嚙齒類動物感覺功能的實驗研究是基於單一模式刺激，但在其生存環境中通常是多種感覺信息同時出現，因此亟需開發一種能實現多種模式刺激的設備。
【發明內容】
[0003]本發明提供一種可精確的給予多種模式刺激模式，且可靈活調整刺激模式的用於嚙齒類動物的刺激裝置及其系統。
[0004]根據本發明的一個方面，提供一種用於嚙齒類動物的刺激裝置，包括:殼體、包含了作為光刺激器的LED燈珠，作為聲音刺激器的無源蜂鳴器，作為鬍鬚刺激器的由步進電機驅動的撥針，作為嗅覺刺激器的由步進電機和滑臺驅動的微量進樣器及用於固定嚙齒類動物的固定器；所述固定器設置在所述殼體底部；所述LED燈珠、所述無源蜂鳴器、所述微量進樣器及所述撥針分別設定在所述殼體內。
[0005]根據本發明的另一個方面，提供一種嚙齒類動物多種感覺模式程控刺激系統，包括權利要求1所述的用於嚙齒類動物的刺激裝置和用於控制所述刺激裝置進行刺激的控制主機；所述控制主機包括用於發送用於進行聲、光、嗅覺和/或鬍鬚刺激刺激控制命令的上位機及用於接收刺激控制命令，根據所述刺激控制命令控制所述刺激裝置進行聲、光、嗅覺和/或鬍鬚刺激的下位機。
[0006]進一步地，所述下位機包括一號下位機，所述一號下位機從所述上位機接收用於聲音刺激的參數，並根據刺激參數控制位於刺激器上的所述無源蜂鳴器對實驗中嚙齒類給予聲音刺激；所述參數包括刺激起始時間，刺激結束時間及刺激聲音方式。
[0007]進一步地，所述下位機還包括二號下位機，所述二號下位機從所述上位機接收用於鬍鬚刺激的參數，並根據接收的參數，發送信號給電路板上的第一步進電機驅動晶片，驅動步進電機，給予實驗嚙齒類鬍鬚刺激；所述用於鬍鬚刺激的參數包括刺激起始時間，刺激結束時間及刺激頻率。
[0008]進一步地，所述驅動步進電機，給予實驗嚙齒類鬍鬚刺激包括電機驅動晶片驅動步進電機按照刺激參數設定的刺激頻率進行來迴轉動，帶動撥片末端的撥針擺動，撥動嚙齒類動物鬍鬚，達到給予鬍鬚觸覺刺激的目的。
[0009]進一步地，所述下位機還包括三號下位機，所述三號下位機從上位機接收用於光刺激的參數，並根據刺激參數控制位於所述LED燈珠，通過調控閃爍周期中燈珠亮的時間和不亮的時間，能控制閃爍周期時長和佔空比，所述用於光刺激的參數包括刺激起始時間，刺激結束時間，每個閃爍周期LED燈珠亮的時間和不亮的時間。
[0010]進一步地，所述下位機還包括四號下位機，所述四號下位機從上位機接收用於嗅覺刺激的參數，並根據接收的參數，發送信號給電路板上的第二步進電機驅動晶片，進而驅動步進電機和滑臺給予嚙齒類嗅覺刺激，所述用於嗅覺刺激的參數包括刺激起始時間及刺激結束時間。
[0011]進一步地，所述並根據接收的參數，發送信號給電路板上的第二步進電機驅動晶片，進而驅動步進電機和滑臺給予嚙齒類嗅覺刺激包括:所述四號下位機接收來自所述上位機的用於嗅覺刺激參數後，在嗅覺起始時間，首先發送信號給電路板上的步進電機驅動晶片，驅動步進電機逆時針旋轉，使微量進樣器的尖端移動至嚙齒類頭部前方，然後發送信號給滑臺驅動晶片，驅動滑臺向前推動一小段距離，擠出微量進樣器內帶氣味的液體在尖端形成液滴，進而給予嗅覺刺激。
[0012]進一步地，所述並根據接收的參數，發送信號給電路板上的第二步進電機驅動晶片，進而驅動步進電機和滑臺給予嚙齒類嗅覺刺激還包括:當到達嗅覺結束時間，四號下位機發送信號給第二進電機驅動晶片，驅動步進電機順時針旋轉回到原位，嗅覺刺激消失。
[0013]進一步地，所述上位機還包括用於控制吸入和排除有氣味液體的撥動開關，在需要進行帶氣味液體的補充及更換時，撥動所述撥動開關，所述四號下位機所述撥動開關的信號，在沒有給予嗅覺刺激的時候控制滑臺向前或向後快速連續移動。
[0014]與現有的單一感覺刺激源相比，本發明提供的用於嚙齒類動物的刺激裝置及其系統可以實施多模式聯合刺激並且對各種刺激時間鎖相進行精確控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例提供的用於嚙齒類動物的刺激裝置的主視圖；
[0016]圖2為本發明實施例提供的用於嚙齒類動物的刺激裝置的結構示意圖；
[0017]圖3為本發明實施例提供的用於嚙齒類動物的刺激裝置的內部結構示意圖；
[0018]圖4為本發明實施例提供的用於嚙齒類動物的刺激系統的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0019]為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0020]參見圖1-4所示，本發明實施例提供的一種用於嚙齒類動物的刺激系統，包括用於嚙齒類動物的刺激裝置和用於控制刺激裝置進行刺激的控制主機；控制主機包括用於發送用於進行聲、光、嗅覺和/或鬍鬚刺激刺激控制命令的上位機及用於接收刺激控制命令，根據刺激控制命令控制所述刺激裝置進行聲、光、嗅覺和/或鬍鬚刺激的下位機。
[0021]其中，控制主機包括主機殼1，一塊4行、20列的單色液晶顯示屏2，用於調整各種刺激參數的按鍵面板，用於控制吸入和排出有氣味液體的撥動開關，電源接口，與刺激裝置連接的信號接口，內部的電路板，以及紅外接收器。單色液晶顯示屏2可以顯示各個參數。
[0022]用於嚙齒類動物的刺激裝置包括殼體1、作為光刺激器的3_白光LED燈珠12，作為聲音刺激器的無源蜂鳴器10，作為鬍鬚刺激器的由54步進電機驅動的撥針11，作為嗅覺刺激器的由54步進電機和滑臺驅動的微量進樣器13，以及刺激裝置外殼8和與主機連接的信號接口 14，內部的電路板，及用於固定嚙齒類動物的固定器。其中，撥針11的移動範圍在無源蜂鳴器10和燈珠12的下方。無源蜂鳴器10和燈珠12鑲嵌在主機殼I內，並位於用於固定嚙齒類動物的固定器上方。撥針11的位置是固定在從主機殼I內伸出來的撥杆的一端的。燈珠12、無源蜂鳴器10、撥針11以及微量進樣器13可以根據實驗需要對各部件位置做調整。殼體I設置了一塊4行、20列的單色液晶顯示屏2，用於調整各種刺激參數的按鍵面板(即圖1中3-6)，用於控制吸入和排出有氣味液體的撥動開關7，電源接口，與殼體I內部設置的刺激器件連接的信號接口。刺激器包含了主機與刺激器之間通過25pin的rs232通訊接口連接。
[0023]控制主機的內部的電腦板包括了用通訊協議相互連接起來的五顆微電腦晶片。其中一顆為上位機(即附圖4中MASTER)，其餘四顆為下位機(從機，即附圖4中SLAVE1AS、SLAVE2WS、SLAVE3PS、SLAVE40S)。下面對上位機與下位機之間的工作關係進行說明:
[0024]上位機(附圖4中的MASTER)接收按鍵面板的輸入，以此為依據在內部對刺激參數進行更改，並反映在液晶顯示屏上便於觀察。當收到運行命令時，通過通訊協議將各個刺激參數發送給對應的下位機，並開始計時，在液晶顯示屏上顯示運行狀況的概要，刺激經歷時間和剩餘時間。
[0025]一號下位機(附圖4中SLAVE1AS)從上位機接收聲音刺激的參數，參數包括刺激起始時間，刺激結束時間，刺激聲音方式。並根據刺激參數控制位於刺激器上的無源蜂鳴器10對實驗中哨齒類給予聲音刺激。聲音的刺激方式為選擇內置的多種聲音模式之一循環播放。
[0026]二號下位機(附圖4中SLAVE2WS)從上位機接收鬍鬚刺激的參數，包括刺激起始時間，刺激結束時間，刺激頻率。並根據接收的參數，發送信號給電路板上的步進電機驅動晶片，驅動步進電機，給予實驗嚙齒類鬍鬚刺激。鬍鬚刺激的具體方法為:二號下位機接收到上位機傳來的鬍鬚刺激參數，在特定時間段(由刺激起止時間參數決定)給電路板上的步進電機驅動晶片uln2803a發送信號，電機驅動晶片驅動步進電機15按照刺激參數設定的刺激頻率進行來迴轉動，帶動撥片末端的撥針擺動，撥動嚙齒類動物鬍鬚，達到給予鬍鬚觸覺刺激的目的。
[0027]三號下位機(附圖4中SLAVE3PS)從上位機接收光刺激的參數，包括刺激起始時間，刺激結束時間，每個閃爍周期LED燈珠亮的時間和不亮的時間。並根據刺激參數控制位於刺激器上的3_白光LED燈珠12。通過調控閃爍周期中燈珠亮的時間和不亮的時間，能控制閃爍周期時長(進而控制閃爍頻率)和佔空比。
[0028]四號下位機(附圖4中SLAVE40S)從上位機接收嗅覺刺激的參數，參數包括刺激起始時間，刺激結束時間。根據刺激參數，發送信號給電路板上的驅動晶片。驅動步進電機和滑臺給予嚙齒類嗅覺刺激。嗅覺刺激的具體方法為:四號下位機接收來自上位機的嗅覺刺激參數後，在嗅覺起始時間，首先發送信號給電路板上的步進電機驅動晶片uln2803a，驅動步進電機17逆時針旋轉，使微量進樣器的尖端移動至嚙齒類頭部前方，然後發送信號給滑臺驅動晶片sn775410ne，驅動滑臺16向前推動一小段距離(約2mm)，擠出微量進樣器13內帶氣味的液體在尖端形成液滴，進而給予嗅覺刺激。當到達嗅覺結束時間，四號下位機發送信號給步進電機驅動晶片，驅動步進電機順時針旋轉回到原位，嗅覺刺激消失。此外，為了便於帶氣味液體的補充及更換，四號下位機也會接收面板上撥動開關7的信號，在沒有給予嗅覺刺激的時候控制滑臺向前或向後快速連續移動。
[0029]初次使用需要設定刺激程序，按以下步驟可完成:首先接通電源，進入初始界面，通過面板上的移動光標鍵(附圖1中3、4)，使光標移動到edit之前，點擊進入/更改按鍵(附圖1中5)進入編輯界面。點擊光標移動按鍵，將光標移動到需要設定的刺激前(聲音刺激為「Aud.St1.」，鬍鬚刺激刺激為「Wh1.St1.」，光刺激為「Ph0.St1.」，嗅覺刺激為「Olf.St1.」)，點擊進入/更改按鍵，進入該刺激設定界面。然後移動光標，使需要更改的數字閃爍，點擊進入/更改按鍵(附圖1中5)，每點擊一次，數字會增加I。一個刺激界面設定完成後，將光標移動至OK前並點擊進入或者直接點擊返回按鍵(附圖1中6)，回到上一級菜單。依次設定好刺激條件之後點擊返回按鍵，回到初始菜單，移動光標至save前，點擊進入/更改按鍵，此時屏幕會顯示saved字樣，表明程序存儲成功，這樣下次開機之後仍然為剛才設定的程序。
[0030]如需給予嗅覺刺激，實驗實施之前還需要充入有氣味液體。首先接通電源，並用信號線將主機和刺激器連接。撥動面板上的開關(附圖中7)至forward，排出殘餘液體或空氣。然後將針頭伸入有氣味液體液面以下，撥動開關至backward，吸入適量液體，最後撥動開關至原位。
[0031]以上準備工作完成之後，便可以開始實驗。先將嚙齒類固定在嚙齒類固定器(附圖1中9)中。將固定器如附圖1放置在刺激器對應的平臺上，調整固定器位置到恰當位置使鬍鬚刺激能有效的進行且不會碰觸到嚙齒類頭部。接通電源，打開開關，在初始界面以遙控器對著主機上的紅外接收器按開始鍵，或者點擊移動光標按鍵使屏幕光標移動到run之前，然後點擊進入/更改按鍵，儀器便會按照預先設定的程序對嚙齒類給予刺激。由於設置了紅外接收器，可以減少操作人員對實驗環境的影響。
[0032]與現有的單一感覺刺激源相比，本發明提供的用於嚙齒類動物的刺激系統實施多模式聯合刺激並且對各種刺激時間鎖相進行精確控制。該多感覺模式程控刺激系統具有刺激控制精確和操作簡便等特點。另外，對該系統的紅外遙控可以減少操作人員對實驗環境的影響。
[0033]以上對本發明進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在【具體實施方式】及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【權利要求】
1.一種用於嚙齒類動物的刺激裝置，其特徵在於，包括:殼體、包含了作為光刺激器的LED燈珠，作為聲音刺激器的無源蜂鳴器，作為鬍鬚刺激器的由步進電機驅動的撥針，作為嗅覺刺激器的由步進電機和滑臺驅動的微量進樣器及用於固定嚙齒類動物的固定器；所述固定器設置在所述殼體底部；所述LED燈珠、所述無源蜂鳴器、所述微量進樣器及所述撥針分別設定在所述殼體內。
2.一種嚙齒類動物多種感覺模式程控刺激系統，其特徵在於，包括權利要求1所述的用於嚙齒類動物的刺激裝置和用於控制所述刺激裝置進行刺激的控制主機；所述控制主機包括用於發送用於進行聲、光、嗅覺和/或鬍鬚刺激刺激控制命令的上位機及用於接收刺激控制命令，根據所述刺激控制命令控制所述刺激裝置進行聲、光、嗅覺和/或鬍鬚刺激的下位機。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述下位機包括一號下位機，所述一號下位機從所述上位機接收用於聲音刺激的參數，並根據刺激參數控制位於刺激器上的所述無源蜂鳴器對實驗中嚙齒類給予聲音刺激；所述參數包括刺激起始時間，刺激結束時間及刺激聲音方式。
4.根據權利要求2或3所述的系統，其特徵在於，所述下位機還包括二號下位機，所述二號下位機從所述上位機接收用於鬍鬚刺激的參數，並根據接收的參數，發送信號給電路板上的第一步進電機驅動晶片，驅動步進電機，給予實驗嚙齒類鬍鬚刺激；所述用於鬍鬚刺激的參數包括刺激起始時間，刺激結束時間及刺激頻率。
5.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述驅動步進電機，給予實驗嚙齒類鬍鬚刺激包括電機驅動晶片驅動步進電機按照刺激參數設定的刺激頻率進行來迴轉動，帶動撥片末端的撥針擺動，撥動嚙齒類動物鬍鬚，達到給予鬍鬚觸覺刺激的目的。
6.根據權利要求2、3或5任一項所述的系統，其特徵在於，所述下位機還包括三號下位機，所述三號下位機從上位機接收用於光刺激的參數，並根據刺激參數控制位於所述LED燈珠，通過調控閃爍周期中燈珠亮的時間和不亮的時間，能控制閃爍周期時長和佔空比，所述用於光刺激的參數包括刺激起始時間，刺激結束時間，每個閃爍周期LED燈珠亮的時間和不売的時間。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述下位機還包括四號下位機，所述四號下位機從上位機接收用於嗅覺刺激的參數，並根據接收的參數，發送信號給電路板上的第二步進電機驅動晶片，進而驅動步進電機和滑臺給予嚙齒類嗅覺刺激，所述用於嗅覺刺激的參數包括刺激起始時間及刺激結束時間。
8.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，所述並根據接收的參數，發送信號給電路板上的第二步進電機驅動晶片，進而驅動步進電機和滑臺給予嚙齒類嗅覺刺激包括: 所述四號下位機接收來自所述上位機的用於嗅覺刺激參數後，在嗅覺起始時間，首先發送信號給電路板上的步進電機驅動晶片，驅動步進電機逆時針旋轉，使微量進樣器的尖端移動至嚙齒類頭部前方，然後發送信號給滑臺驅動晶片，驅動滑臺向前推動一小段距離，擠出微量進樣器內帶氣味的液體在尖端形成液滴，進而給予嗅覺刺激。
9.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述並根據接收的參數，發送信號給電路板上的第二步進電機驅動晶片，進而驅動步進電機和滑臺給予嚙齒類嗅覺刺激還包括: 當到達嗅覺結束時間，四號下位機發送信號給第二進電機驅動晶片，驅動步進電機順時針旋轉回到原位，嗅覺刺激消失。
10.根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述上位機還包括用於控制吸入和排除有氣味液體的撥動開關，在需要進行帶氣味液體的補充及更換時，撥動所述撥動開關，所述四號下位機所述撥動開關的信號，在沒有給予嗅覺刺激的時候控制滑臺向前或向後快速連續移動。
【文檔編號】A61B5/00GK104224130SQ201410499466
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月25日 優先權日:2014年9月25日
【發明者】王晉輝, 盧煒 申請人:中國科學院生物物理研究所