技术领域
[0001] 本
发明涉及实验动物行为学研究装置，尤其涉及一种用于研究啮齿类动物注意力的行为装置。
背景技术
[0002] 目前，啮齿类动物(如小鼠、大鼠)的行为学研究在该模式动物中研究中占很大比重，通过行为学仪器的辅助，可发现啮齿类动物中基因突变个体、药物以及中枢神经环路异常等对注意力的影响。国内常见的啮齿类动物注意力测量设备主要为五孔探鼻记录设备，在使用中发现，该设备的设计有
缺陷：第一，五孔探鼻设备因为缺乏声音
信号的输入，仅仅只能研究基于视觉信号的注意力评定，而无法研究啮齿类动物基于“声音-视觉”交叉信息模型的注意力行为，研究内容单一，行为学范式死板；第二，五孔探鼻设备在训练啮齿类动物时，因为啮齿类动物需要从五个孔中随机探寻，啮齿类动物很难将提示灯与奖励联系起来，第三，五孔探鼻的
箱体为正方形，啮齿类动物可以自由活动区域过大，动物完成行为训练的比例低，因此存在训练时间久，训练效率低下的缺陷。
发明内容
[0003] 针对
现有技术的不足，本发明提供一种用于研究啮齿类动物注意力的行为装置。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种用于研究啮齿类动物注意力的行为装置，包括横截面为三
角形的箱体、第一红外感应器、第二红外感应器、第三红外感应器、给
水管、水
泵和arduino
控制器；第一、第二红外感应器左右分布在箱体的一
侧壁上，所述第三红外感应器位于箱体的底部正中处，所述第一、第二红外感应器后面均安装有一个给水管，每个给水管与一个水泵相连；所述第一红外感应器、第二红外感应器、第三红外感应器、水泵均与arduino控制器相连。
[0005] 进一步的，箱体的一侧壁内侧铰接有旋转
挡板，该旋转挡板通过安装在箱体外侧的
电机驱动旋转，所述旋转挡板上开有两个缺口，两个缺口的相对
位置与第一、第二红外感应器所在位置相对应；所述电机与arduino控制器相连。
[0006] 进一步的，所述第一、第二红外感应器下方均安装有一个
LED灯，所述LED灯与arduino控制器相连。
[0007] 进一步的，所述箱体的一侧壁外侧安装有一个音响，所述音响与arduino控制器相连。
[0008] 进一步的，还包括中间隔板，所述中间隔板放置在第三红外感应器和箱体的一侧壁之间。
[0009] 进一步的，所述箱体的上方布设有摄像头，所述摄像头与arduino控制器相连。
[0010] 进一步的，所述箱子为透光不透明的亚克力材质箱子。
[0011] 进一步的，每次水泵泵入水的体积为20uL。
[0012] 本发明的有益效果是：本发明能够解决目前五孔探鼻箱体研究内容单一，行为学范式死板，动物完成行为训练的比例低，训练时间久，训练效率低下的缺陷等等问题，第一，该装置能够利用(LED灯产生的)光与(音响产生的)声音作为提示信息，研究啮齿类动物基于“声音-视觉”交叉信息模型的注意力行为，克服了研究内容单一的问题；第二，啮齿类动物为了获得奖励只需要试探三角形箱体的后底面上的两个红外感应器感应器的，相比五孔探鼻箱体减少了啮齿类动物试探的位置(从五个减少到两个)，啮齿类动物更容易建立条件刺激与奖励之间的联系；第三，该装置箱体为三角形，减少了啮齿类动物自由活动的区域，增强了动物完成训练的比例进而提高了训练的效率。
附图说明
[0013] 下面结合附图和
实施例对本发明进一步说明：
[0014] 图1是本发明的立体示意图的正侧等轴视图；
[0015] 图2是本发明的立体示意图的正视图，其中旋转挡板处于“常开”位置；
[0016] 图3是本发明的立体示意图的正视图，其中旋转挡板处于“常关”位置；
[0017] 图4是本发明的立体示意图的侧视图；
[0018] 图5是本发明的立体示意图的后视图；
[0019] 图6是本发明的立体示意图的俯视图。
[0020] 图中，箱体1、第一红外感应器2、第二红外感应器3、第三红外感应器4、给水管5、旋转挡板6、缺口7、LED灯8、音响9、中间隔板10、摄像头11、电机12。
具体实施方式
[0021] 下面结合实施例和
说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0022] 实施例：
[0023] 本实施方式以小鼠为例进行说明。
[0024] 如图1-6所示，本实施例针小鼠，提供一种用于研究其注意力的行为装置，包括横截面为三角形的箱体1、第一红外感应器2、第二红外感应器3、第三红外感应器4、与第一红外感应器2对应的第一给水管，与第二红外感应器3对应的第二给水管。5、旋转挡板6、水泵、电机12和arduino控制器；第一、第二红外感应器(2、3)左右分布在箱体1的后侧壁的左右两侧，所述第三红外感应器4位于箱体1的底部中部，所述第一、第二红外感应器2、3后面各安装有一个给水管5：第一给水管和第二给水管，，给水管5用于给予小鼠奖励，所述第一给水管和第二给水管分别与一个水泵相连；所述旋转挡板6铰接在箱体1的后侧壁内侧，所述旋转挡板6通过电机12驱动在后侧壁所在平面上旋转，旋转挡板6在小鼠起始任务后开启，任务结束后关闭，所述旋转挡板6上开有两个缺口7，两个缺口7的相对位置与第一、第二红外感应器2、3所在位置相对应；此处设计的优点在于：平时该旋转挡板6会遮挡箱体1的一侧壁上的第一、第二红外感应器2、3及其后的第一给水管和第二给水管，使得小鼠无法
接触到该区域，只有小鼠利用鼻子触碰第一、第二或第三红外感应器的红外感应器后，该旋转挡板6才会被旋转至开放位置，此时小鼠才可以接触到奖励位置，通过这样的机制，避免了小鼠在自由活动时候对后红外感应器及给水管的无效尝试，提高了训练的效率；所述第一红外感应器2、第二红外感应器3、第三红外感应器4、水泵、电机均与arduino控制器相连，三个外感应器用于采集小鼠反馈信息。
[0025] 实施例中所述第一红外感应器2、第二红外感应器3、第三红外感应器4可以采用Arduino公司FC-33型号的产品，但不限于此。在针对小鼠作为实验对象时，本发明实施例中三个红外感应器的宽度等于2cm，深度等于2cm，(如果是大鼠，则需相应调整宽度与深度间距)该大小刚刚适合小鼠的鼻部探入，但是头部与身体又无法穿过，用于采集小鼠鼻触信息。
[0026] 实施例中所述arduino控制器可以采用Arduino公司UNO型号的产品，但不限于此。
[0027] 进一步的，所述第一、第二红外感应器(2、3)下方各安装有一个LED灯8：第一LED灯和第二LED灯，LED灯8用于小鼠光的提示，所述LED灯8与arduino控制器相连。
[0028] 进一步的，所述箱体1的后侧壁外侧安装有一个音响9，音响9用于给小鼠声音的提示所述音响9与arduino控制器相连。
[0029] 进一步的，还包括中间隔板10，所述中间隔板10放置在第三红外感应器4和箱体1的一侧壁之间，该隔板阻挡了动物在第一、第二红外感应器(2、3)之间的来回跑动试探，提高了训练的效率。
[0030] 进一步的，还包括摄像头11，所述箱体1的上方布设有摄像头11，录制整个行为学过程，所述摄像头11与arduino控制器相连。利用摄像头11记录小鼠的行为过程，实现了对小鼠注意力行为的全面检测。
[0031] 进一步的，所述箱子1为透光不透明的亚克力材质箱子，不透明的箱体减少了动物在箱中完成任务时外界可能的干扰。
[0032] 进一步的，每次水泵泵入水的体积为20uL，动物需要每天需要完成多次任务才能满足饥渴感，保证了动物参与到该行为的动力。
[0033] 下面介绍采用本发明提供的装置对小鼠进行训练的方法，具体如下：
[0034] 具体实施过程分为训练学习阶段和注意力测试阶段。
[0035] 训练学习阶段1，目的让小鼠建立鼻子触控红外感应器与给水奖励的联系：
[0036] 实验开始前48h，对实验小鼠进行断
水处理，让小鼠有强烈的饥渴感。实验起始时保持旋转挡板6处于常开位置，将小鼠放入箱体1中，小鼠会自由探索箱体各个区域，当任意一个红外感应器(2、3、4)被小鼠无意中触碰后，水泵都会通过给水管5给出20uL水，当小鼠发现水后会喝掉。然后如此反复，通过多次训练，小鼠将能够建立鼻子触控红外感应器与给水之间的联系，该阶段训练结束后，小鼠会积极鼻触红外感应器。
[0037] 训练学习阶段2，目的让小鼠建立LED灯信息给水奖励的联系：
[0038] 实验开始前48h，对实验小鼠进行断水处理，让小鼠有强烈的饥渴感。实验起始时保持旋转挡板6处于常关位置(旋转挡板6挡住第一红外感应器2和第二红外感应器3)，只有当小鼠鼻触第三红外感应器4后，旋转挡板6将旋转至常开位置(旋转挡板6上的两个缺口7转至第一红外感应器2和第二红外感应器3，使得第一红外感应器2和第二红外感应器3露出来)。然后，随机点亮一个LED灯8，持续一段时间(在训练最初设定为30s，随着小鼠训练次数的增加可以逐步减少至2s)，然后小鼠自由探索第一红外感应器2和第二红外感应器3，只有当小鼠鼻触与LED灯8亮的同侧的红外感应器时，水泵会在该侧的给水管5中给20uL的水，等小鼠喝完水后5s，旋转挡板6会旋转至常关位置，该次训练被称为“正确”训练；但如果小鼠鼻触了另外一侧红外感应器，则不会有奖励，并且旋转挡板6会立刻旋转至常关位置，该次训练被称为“错误”训练；而如果小鼠在小鼠鼻触第三红外感应器4后60s内没有鼻触第一红外感应器2或第二红外感应器3，则该次训练被称为“无效”训练，小鼠必须再次鼻触第一红外感应器4后才能再次开始训练，如此反复，在此期间，arduino控制器会自动记录动物“正确”、“错误”、“无效”训练的次数，以及“正确”训练中小鼠的“反应时长”，即从小鼠鼻触第三红外感应器4到鼻触第一红外感应器2或第二红外感应器3的时间点之差。然后统计“正确率”、“错误率”、“无效率”，分别是将该动物“正确”、“错误”、“无效”训练的次数除以“正确+错误+无效”次数之和。一般情况下，通过每天30min，连续2周的训练之后，小鼠的正确率能达到75％以上，无效率在20％以下，“反应时长”在5s以下。
[0039] 训练学习阶段3，目的让小鼠建立声音信息给水奖励的联系：
[0040] 与训练学习阶段2类似，但是区别在于，将编码给水信息的LED灯8改为用音响发出两个不同
频率(2000Hz和8000Hz)的声音，分别指示左侧或者右侧给水管5会有水。在本次试验中，2000Hz的低频声音对应第一给水管出水，8000Hz的低频声音对应第二给水管出水。
[0041] 测试阶段1，目的检测小鼠基于视觉信息的注意力水平：
[0042] 与训练学习阶段2类似，但是区别在于，随机点亮左侧或者右侧的LED灯8，灯亮的时间为2s，在LED灯8亮的最后0.5s时，有一个时长为0.5s的声音作为干扰，并且该声音编码的是另一侧给水管5有水的信息，但是实际只有LED灯8编码的信息那一侧对应着给水奖励的“正确”信息，而声音编码的是“错误”信息。因此，小鼠需要将注意力集中在LED灯8的提示上，并且排除声音的干扰，才能获得水的奖励。在30min内，统计小鼠在该任务中的“正确率”及“反应时长”，通过这两个指标可以反映出小鼠的基于视觉信息的注意力水平。
[0043] 测试阶段2，目的检测小鼠基于听觉信息的注意力水平：
[0044] 与测试阶段1类似，但是区别在于，交换音响9与LED灯8的功能，即音响编码着“正确”的信息，时长为2s，而LED灯作为干扰，时长为0.5s，在声音结束前0.5s给出，与声音的信号同时结束。在30min内，统计小鼠在该任务中的“正确率”及“反应时长”，通过这两个指标可以反映出小鼠鼠基于听觉信息的注意力水平。
