小鼠氣味訓練探測器和氣味幹擾仿真裝置及訓練方法
2023-08-10 17:07:16 1
專利名稱：小鼠氣味訓練探測器和氣味幹擾仿真裝置及訓練方法
技術領域：
本發明涉及一種小鼠氣味訓練探測器和氣味幹擾仿真裝置及訓練方法。
背景技術：
小鼠具有靈敏的嗅覺和良好的學習能力，經過訓練，渴水的小鼠能對特定氣味產生碰觸開關的操作反應從而得到水，即建立嗅覺操作條件化反應。已有文獻報導了自動訓練單只小鼠學習對氣味做出操作反應的研究方法，被置於操作條件訓練箱中的渴水的小鼠需主動將頭部探入箱內前面的一個孔中，並保持一定時間，以觸發氣味的呈現，然後小鼠通過嗅探該氣味選擇舔食給水管或將頭縮回箱內。該方法僅適用於實驗室中研究小鼠對氣味的學習、記憶、辨別等能力；而不能滿足實際氣味探測的要求，現實中氣味的呈現不是由被訓動物決定的；此外，單只小鼠的反應受多種因素影響，可信度較低，需要增加同時工作的小鼠數量以增加氣味探測結果的可信度。另有研究報導訓練田鼠探測地雷，其方法類似於對犬類的訓練，同樣高度依賴人工訓練。另一相關研究採用電腦控制訓練一隻大鼠在特製裝置中的多個氣味位點之間探測各種違禁物品氣味，後腿站立警示，該方法還僅限於實驗室研究。目前國內外還沒有自動化同時訓練多隻小鼠探測氣味的設備和方法。氣味探測的應用需求涉及社會公共安全中的危險物品探測，疾病早期診斷等；而對於基礎研究來說，嗅覺是許多動物的優勢感官，氣味學習、記憶以及辨別相關的新實驗方法的建立有助於科研工作的深入。目前氣味探測的工作在生物學手段中主要仍依賴警犬來進行，而訓練一隻警犬的人力、物力以及時間成本都比較高，在執行任務的過程中犬類還存在高度依賴其訓練者，易於疲勞繼而拒絕工作等問題。比較而言，小鼠具有與犬類相當的嗅覺能力，而訓練小鼠的成本要低得多，並且作為更低等的動物，渴水後的小鼠的需求簡單直接，工作狀態更加穩定可控，完全適應自動化的訓練過程，能在縮減人力和時間成本的條件下進一步提聞氣味探測的效率。
發明內容
本發明的目的是提供一種小鼠氣味訓練探測器和氣味幹擾仿真裝置及訓練方法，具有訓練成本低，工作狀態穩定可控，能在縮減人力和時間成本的條件下進一步提高氣味探測的效率。本發明的小鼠氣味訓練探測器的構成為:一箱體式結構，將箱體分為四部份，即給氣裝置所在位置、 氣味混合擴散空間、小鼠訓練所在位置、給水裝置所在位置，小鼠訓練所在隔間分為五個訓練隔間；在箱體的四個部分的底部有一隔層，隔層內置電源和控制電路板、尾氣過濾和排氣裝置；給氣裝置包括用於過濾進入氣流的活性炭海綿，活性炭海綿一側放置給氣支架，給氣裝置下部置有電源和控制電路板，給氣裝置前端有四個用於抽取空氣的風扇，中段有兩個用於承接氣流與混合和擴散被訓氣味的風扇，給氣支架由固定支架、裝在固定支架上的盛氣味溶液的樣品瓶、與樣品瓶連接的氣泵和控制給氣的靜音電磁閥構成；訓練隔間前立面為透氣柵欄，隔板上半截是透氣柵欄、下半截遮蔽，訓練隔間後立面有排氣渦輪風扇，訓練隔間後立面裝有電容式接近開關、給水口，給水口連接給水靜音電磁閥，給水靜音電磁閥連接給水管及貯水瓶，訓練和探測的實施都由程序自動控制。小鼠訓練及探測方法:渴水後的小鼠，每五隻一組同時進行氣味操作條件化訓練，訓練分六步完成:1)開關訓練:小鼠在各自的小隔間中，每碰觸一次感應開關，則得到一次水；2)學習氣味:訓練空間中不定時的呈現目標氣味，僅當小鼠在目標氣味出現的同時碰觸感應開關才能得到水；3)學習操作:給水出現在目標氣味結束的時候，得水量的多少取決於小鼠在目標氣味呈現的數秒鐘內碰觸感應開關的次數；4)約束訓練:給水出現在目標氣味結束的時候，得水量的多少取決於小鼠在目標氣味期內碰觸感應開關的頻率和在其之前60秒的間歇期內頻率均值之差與間歇期頻率標準差的比值，即間歇期頻率越低且目標氣味期頻率越高，則得水越多；5)多種目標氣味探測訓練:在一輪訓練中交替呈現多種目標氣味以及對照氣味:6)抗幹擾訓練:配合幹擾氣味仿真呈現裝置進行目標氣味的探測。氣味探測時，選用訓練達標的小鼠，當小鼠聞到目標氣味後則將多次碰觸感應開關，程序將實時統計感應開關被碰觸的情況，當頻率超過碰觸頻率均值的兩倍標準差時則將報警。本發明與現有技術比較具有自動化訓練高效、工作狀態穩定可控的優點，探測結果指標可信度高，配合幹擾氣味仿真裝置進行抗幹擾訓練後，可應用價值強，訓練成本低，能在縮減人力和時間成本的條件下進一步提聞氣味探測的效率。
圖1是本發明的小鼠氣味探測器整體示意圖。圖2是小鼠氣味探測器給氣部分和電路部分細節示意圖。圖3是小鼠氣味探測器給氣支架結構示意圖。圖4是小鼠氣味探測器訓練隔間和給水部分細節示意圖。
圖5是小鼠氣味探測器電路連接示意圖；a、接近開關輸入信號與電腦並口針腳的連接方式示意圖山、電腦並口針腳控制電磁閥的連接方式示意圖。圖6是本發明的氣味幹擾仿真裝置結構示意圖(俯視)。圖7是本發明的氣味幹擾仿真裝置下立面示意圖。圖8是本發明的氣味幹擾仿真裝置核心部件立體示意圖。圖1中:a—給氣裝置所在位置，b—氣味混合擴散空間，c一小鼠訓練所在隔間，d—給水裝置所在位置，e—電源和控制電路板所在位置，f一為空，g—尾氣過濾和排氣裝置所在位置。圖2中:1 一放置活性炭海綿，2—放置給氣支架的空間，3 —電源和控制電路板所在位置(即圖1中e所示位置)，4一兩個中段風扇，5 —四個前端風扇，6—總電源接口，7—總電源開關和三級風扇電源開關，8—與電腦連接的並口線接口。圖3中:21—控制給氣的靜音電磁閥，22—盛氣味溶液的樣品瓶，23—氣泵，24—固定支架。圖4中:圖3中:C1 一前立面透氣柵欄，C2—隔板，C3—後端排氣渦輪風扇，C4一電容式接近開關，C5—給水口，C6—給水靜音電磁閥，C7—給水連接管，C8—C水瓶。圖5中:a:R — IM歐電阻，T一9013三極體，N—電腦並口輸入信號針腳，K一電容式接近開關信號端；b:M—電磁閥，T-9013三極體，O—電腦並口輸出信號針腳。
圖6-7中:a_外殼，b-轉盤，c-減速電機，d-頂空樣品瓶，e_12V電源適配器，f-四路時間繼電器，g_亞克力支板，h-吸入式電磁鐵，1-針頭，j_導氣管，1-導氣管接出口，2-220V電源線接口，3-四路時間繼電器操作面板，4-四路時間繼電器電源開關，5-12V電源接口。
具體實施例方式如圖1所示，本發明的小鼠氣味訓練探測器的構成為:一箱體式結構，將箱體分為四部份，即給氣裝置所在位置a用於過濾進入氣流的空間、氣味混合擴散空間b、小鼠訓練所在隔間C、給水裝置所在位置d，小鼠訓練所在隔間分為五個訓練隔間；在箱體的四個部分的底部有一隔層，隔層內置電源和控制電路板、尾氣過濾和排氣裝置，即電源和控制電路板所在位置e，和尾氣過濾和排氣裝置所在位置g。如圖2所示，給氣裝置包括用於過濾進入氣流的活性炭海綿1，排氣箱中有多層活性炭海綿，活性炭海綿一側放置給氣支架，給氣裝置下部置有電源和控制電路板3，給氣裝置前端有四個用於抽取空氣的風扇5，中段有兩個用於承接氣流與混合和擴散被訓氣味的風扇4。抽氣部分由前端的四個風扇，中段的兩個風扇，以及每個小隔間後端與排氣箱相連的潤輪風扇三級構成，前端風扇風力最大，後端次之，中間較弱，這樣能確保被過濾的氣流能完全充滿訓練空間提供良好的氣味信噪比，並且氣流不被過濾海綿過分阻流；另外，中間的氣味擴散箱兩側的蓋板可以靈活取下，這便於在訓練後期放入各種幹擾氣味以加強小鼠對目標氣味反應的特異性。如圖3所示，給氣支架由固定支架24、裝在固定支架上的盛氣味溶液的樣品瓶22、與樣品瓶連接的氣泵23和控制給氣的六對靜音電磁閥21構成。訓練隔間之間的黑色亞克力板上半截為柵欄狀開槽有利於氣味均勻擴散，下半截相互遮蔽避免小鼠訓練受同伴的行為的影響；每個隔間後立 面為小鼠操作面板，包括一個給水口和其上方的感應開關。如圖4所示，訓練隔間前立面為透氣柵欄Cl，隔板C2上半截是透氣柵欄、下半截遮蔽，訓練隔間後立面有排氣渦輪風扇C3，訓練隔間後立面裝有電容式接近開關C4、給水口C5，給水口連接給水靜音電磁閥C6，給水靜音電磁閥連接給水管C7及貯水瓶C8，訓練和探測的實施都由程序自動控制。給水部分由一個上方敞口的貯水瓶和與其由水管相連接的五個靜音電磁閥組成，另有一個未連接水管的靜音電磁閥放置在五個給水電磁閥之間，稱為虛晃水閥，作用是在訓練時不定時的開閥關閥來製造與給氣給水電磁閥相同程度的但無關的響動，以消除小鼠根據給氣或給水電磁閥的微弱響動進行反應的可能。如圖5所示，為小鼠氣味探測器電路連接方式，接近開關輸入信號與電腦並口針腳的連接方式如圖a所示；電腦並口針腳控制電磁閥的連接方式如圖所b示。12V10A開關電源與24V10A開關電源並聯在220V電源上，共享一個開關；各個12V用電器並聯在12V電源上，各個24V用電器並聯在24V電源上。如圖6-7所示，本發明的氣味幹擾仿真裝置由三個轉盤b，一個吸入式電磁鐵h驅動的針頭i刺入部件，一個四路時間繼電器f組成；每個轉盤中心固定在位於其中心的減速電機c上，轉盤邊緣等距固定多個頂空樣品瓶d，每個瓶內裝有少量不同的常見幹擾氣味物品；每個轉盤由四路時間繼電器的一路分別控制轉和停的時間，樣品瓶隨轉盤轉動。吸入式電磁鐵帶彈簧支撐的鐵芯向上位於三個轉盤中間，其上方固定一塊亞克力板g，該板將隨吸入式電磁鐵通電吸入鐵芯而下壓；板上有三個分別對準三個轉盤的一個頂空瓶瓶口位置的三個固定針頭i，針頭高度為電磁鐵不通電時正好懸在樣品瓶上方，電磁鐵通電時針頭隨亞克力板下壓時刺入瓶中方可，針頭後端粘接細導氣管j，三路合併後單路接出；電磁鐵的通斷電由時間繼電器控制，四路時間繼電器能單獨循環控制每一路的通斷電。電磁鐵通電被設置在三個轉盤靜息時，三個轉盤每次轉動的角度正好能使樣品瓶位於針頭正下方即可。抗幹擾訓練時，將幹擾裝置接出導氣管與小鼠氣味(訓練)探測器中的氣泵抽氣口相連接，然後開啟幹擾電源和開關。小鼠訓練及探測方法:渴水後的小鼠，每五隻一組同時進行氣味操作條件化訓練，訓練分六步完成:1)開關訓練:小鼠在各自的小隔間中，每碰觸一次感應開關，則得到一次水；2)學習氣味:訓練空間中不定時的呈現目標氣味，僅當小鼠在目標氣味出現的同時碰觸感應開關才能得到水；3)學習操作:給水出現在目標氣味結束的時候，得水量的多少取決於小鼠在目標氣味呈現的數秒鐘內碰觸感應開關的次數；4)約束訓練:給水出現在目標氣味結束的時候，得水量的多少取決於小鼠在目標氣味期內碰觸感應開關的頻率和在其之前60秒的間歇期內頻率均值之差與間歇期頻率標準差的比值，即間歇期頻率越低且目標氣味期頻率越高，則得水越多；5)多種目標氣味探測訓練:在一輪訓練中交替呈現多種目標氣味以及對照氣味:6)抗幹擾訓練:配 合幹擾氣味仿真呈現裝置進行目標氣味的探測。氣味探測時，選用訓練達標的小鼠，當小鼠聞到目標氣味後則將多次碰觸感應開關，程序將實時統計感應開關被碰觸的情況，當頻率超過碰觸頻率均值的兩倍標準差時則將報警。
權利要求
1.一種小鼠氣味訓練探測器，其特徵在於其構成為一箱體式結構，將箱體分為四部份，即給氣裝置所在位置、氣味混合擴散空間、小鼠訓練所在位置、給水裝置所在位置，小鼠訓練所在隔間分為五個訓練隔間；在箱體的四個部分的底部有一隔層，隔層內置電源和控制電路板、尾氣過濾和排氣裝置；給氣裝置包括用於過濾進入氣流的活性炭海綿，活性炭海綿一側放置給氣支架，給氣裝置下部置有電源和控制電路板，給氣裝置前端有四個用於抽取空氣的風扇，中段有兩個用於承接氣流與混合和擴散被訓氣味的風扇，給氣支架由固定支架、裝在固定支架上的盛氣味溶液的樣品瓶、與樣品瓶連接的氣泵和控制給氣的靜音電磁閥構成；訓練隔間前立面為透氣柵欄，隔板上半截是透氣柵欄、下半截遮蔽，訓練隔間後立面有排氣渦輪風扇，訓練隔間後立面裝有電容式接近開關、給水口，給水口連接給水靜音電磁閥，給水靜音電磁閥連接給水管及貯水瓶。
2.一種小鼠氣味訓練探測中氣味幹擾仿真裝置，其特徵在於氣味幹擾仿真裝置由三個轉盤，一個吸入式電磁鐵驅動的針頭刺入部件，一個四路時間繼電器組成；每個轉盤中心固定在位於其中心的減速電機上，轉盤邊緣等距固定多個頂空樣品瓶，每個瓶內裝有少量不同的常見幹擾氣味物品；每個轉盤由時間繼電器的一路分別控制轉和停的時間，吸入式電磁鐵帶彈簧支撐的鐵芯向上位於三個轉盤中間，其上方固定一塊亞克力板，該板將隨電磁鐵通電吸入鐵芯而下壓；板上有三個分別對準三個轉盤的一個頂空瓶瓶口位置的三個固定針頭，針頭高度為電磁鐵不通電時正好懸在樣品瓶上方，電磁鐵通電時針頭隨亞克力板下壓時刺入瓶中方可，針頭後端粘接細導氣管，三路細導氣管合併後單路接出；電磁鐵的通斷電由時間繼電器控制，四路時間繼電器能單獨循環控制每一路的通斷電；電磁鐵通電被設置在三個轉盤靜息時，三個轉盤每次轉動的角度正好能使樣品瓶位於針頭正下方。
3.用權利要求I和2所述的小鼠氣味訓練探測器和小鼠氣味訓練探測中氣味幹擾仿真裝置的訓練方法，其特徵在於渴水後的小鼠，每五隻一組同時進行氣味操作條件化訓練，訓練分TK步完成 O開關訓練小鼠在各自的小隔間中，每碰觸一次電容式接近開關，則得到一次水； 2)學習氣味訓練空間中不定時的呈現目標氣味，僅當小鼠在目標氣味出現的同時碰觸電容式接近開關才能得到水； 3)學習操作給水出現在目標氣味結束的時候，得水量的多少取決於小鼠在目標氣味呈現的數秒鐘內碰觸電容式接近開關的次數； 4)約束訓練給水出現在目標氣味結束的時候，得水量的多少取決於小鼠在目標氣味期內碰觸電容式接近開關的頻率和在其之前60秒的間歇期內頻率均值之差與間歇期頻率標準差的比值，即間歇期頻率越低且目標氣味期頻率越高，則得水越多； 5)多種目標氣味探測訓練在一輪訓練中交替呈現多種目標氣味以及對照氣味 6)抗幹擾訓練配合幹擾氣味仿真呈現裝置進行目標氣味的探測，氣味探測時，選用訓練達標的小鼠，當小鼠聞到目標氣味後則將多次碰觸電容式接近開關，程序將實時統計感應開關被碰觸的情況，當頻率超過碰觸頻率均值的兩倍標準差時則將報警。
全文摘要
本發明是一種小鼠氣味訓練探測器和氣味幹擾仿真裝置及訓練方法。氣味訓練探測器為一箱體式結構，箱體分為四部份，即給氣裝置所在位置、氣味混合擴散空間、小鼠訓練所在位置、給水裝置所在位置，小鼠訓練所在隔間分為五個訓練隔間，箱體內置電源和控制電路板、尾氣過濾和排氣裝置。氣味幹擾仿真裝置由三個轉盤，一個吸入式電磁鐵驅動的針頭刺入部件，一個四路時間繼電器組成。利用本發明的裝置進行小鼠氣味訓練和氣味抗幹擾訓練的方法具有自動化訓練高效、工作狀態穩定可控的優點，探測結果指標可信度高，配合幹擾氣味仿真裝置進行抗幹擾訓練後，可應用價值強，訓練成本低，能在縮減人力和時間成本的條件下進一步提高氣味探測的效率。
文檔編號A01K15/02GK103250654SQ20131016197
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月6日 優先權日2013年5月6日
發明者何靜, 魏景寬, 馬原野 申請人:中國科學院昆明動物研究所