專利名稱：大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及動物行為學領域，更具體涉及一種利用圖形和顏色視覺線索訓練大鼠 學習記憶的系統(tǒng)。適用于在生物物理學、動物行為學、生物醫(yī)學中以嚙齒類動物為模型的學 習能力的視覺訓練與檢測。
背景技術：
迄今為止，國內外在動物視覺的神經生物學實驗上取得了豐富的研究成果，但是 科學界對于生物體面對雙視覺線索的研究卻只限于經典的模式生物_果蠅。目前還沒有關 于嚙齒類動物特別是大鼠面對雙視覺線索取得相關的研究成果。
經檢索當前對于果蠅的雙視覺線索的研究上所取得的成果為中科院生物物理研 究所和德國馬普學會制造的“果蠅飛行模擬器系統(tǒng)”。該飛行模擬器系統(tǒng)的核心裝置由以下 三個部分構成一，扭矩測量裝置1964年，德國科學家卡爾.蓋茨發(fā)明了利用電磁感應直接測量家蠅扭矩的實驗裝 置，1984年德國工程師沃爾夫對其進行改進，利用果蠅飛行扭矩測量。該裝置安裝有一個電 磁線圈以及鐵芯，高頻電流和直流電流形成復合電流進入電磁線圈，使鐵芯產生高頻和恒 強的復合磁場。芯軸上裝有一個線圈作為檢測線圈，其感應的高頻電壓經過高通濾波，乘法 器以及低通濾波處理，可以得到反映扭矩角度變化的電壓信號。一連接桿的一端連接至芯 軸，連接桿的另外一端有一個V形的金屬桿，將果蠅的頭部以及背部粘連在V形金屬桿上， 果蠅由于頭部不能運動，只能扇動翅膀，故而果蠅的飛行扭矩將通過連接桿傳至芯軸，當芯 軸轉動時檢測線圈感應到的高頻電壓經高通濾波、乘法器以及低通濾波處理，得到反映角 度變化的電壓信號。此外該線圈還作為反饋線圈，低頻反饋電流經電感施加在該線圈上，與 復合磁場中的恒強磁場分量作用，產生反饋力矩。二，訓練圓筒訓練圓筒由樹脂做成，其可以隨著反饋力矩轉動，前述從芯軸通過連接桿測量果 蠅飛行扭矩的V形金屬桿深入至訓練圓筒中心，并以訓練圓筒為中心將訓練圓筒分成四個 象限，在訓練圓筒內壁的每個象限的中心處，可以貼上由EpSOnPH0T0710型彩色激光打印 機打出來的一個視覺圖形；然后在每個圖形所在的象限用Cary 5E型可見光分光光度計投 射不同波長的光，這樣就形成了有顏色的圖形。通過調節(jié)Cary 5E型可見光分光光度計，可 以改變被投射顏色的強度和顏色的波長。三，紅外熱擊裝置紅外熱擊裝置由電腦控制的發(fā)射紅外光，其紅外光的聚焦點在前述連接桿的末端 V形金屬桿粘連的果蠅的背部，當果蠅背部和頭部被V形金屬桿粘住，其在訓練圓筒中飛行 時就會對連接桿產生一定的扭矩，該扭矩被扭矩探測裝置探測到，從而由扭矩補償裝置帶 動訓練圓筒反方向轉動。訓練圓筒上和外接的設備可以產生一組具有顏色的圖形，從而呈 現在果蠅的視覺中，當果蠅朝著之前定義的錯誤的圖形飛行時，電腦探測到從而開動紅外熱擊裝置對果蠅發(fā)出一個熱懲罰。以上裝置的弊端是不能適用于嚙齒類動物，因為將嚙齒類動物用固定身體的方 式，檢測其運動的扭矩，那樣動物會由于難受而亂動，從而嚴重影響檢驗的結果，對于嚙齒 類動物應當檢測其自由活動狀態(tài)下的行為而不是被動的行為。經檢索，未見到一種單純用 于大鼠或者其他嚙齒類動物的雙視覺線索學習系統(tǒng)或裝置被公開或使用。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是在于提供了一種大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)，(單純用于 大鼠的雙視覺線索的學習)該學習系統(tǒng)具有給于大鼠單純的顏色刺激或者單純的形狀刺 激或者顏色+圖形的復合刺激等不同的學習模式，此外本套學習系統(tǒng)還可外接攝像設備以 全程監(jiān)測動物狀態(tài)，實現易拆卸，可外延其它實驗設備，操作自動化，訓練過程簡單、直觀、 穩(wěn)定，顯示數據準確。為了實現上述任務，本發(fā)明采用以下技術措施步進電機與步進電機驅動器相接，步進電機驅動器的A+和A-接線口接步進電機A 相繞組的正負端，步進電機驅動器的B+和B-接線口接步進電機B相繞組的正負端。步進 電機的轉動軸的前端用套鎖固定緊，并且將套鎖與轉動盤固定，步進電機驅動器的電源接 口 V+和GND分別外接24V120W恒壓電源的正極和接地端。步進電機驅動器的ENA-接口， Dir-接口，Pul-接口與單片機微處理器相連。步進電機驅動器的ENA+接口，Dir+接口， Pul+接口與外接5V2A恒壓電源正極相連，5V2A恒壓電源負極接地。與步進電機的轉動軸 固定在一起的轉動盤上有兩個相隔120°的，邊長為4cm，深度為Imm的正方形凹槽，正方形 凹槽中可以放置不同型號的濾色片；正方形凹槽的上下底邊與轉動盤兩旁的定標指示角的 平分線相垂直，轉動盤中間的定標指示角的平分線是兩個正方形凹槽的對稱軸同時也是整 個轉動盤的對稱軸。與正方形凹槽的每條邊的中心相隔0. 45cm處各有一個圓形的直徑為 Φ4螺絲孔。在兩個正方形的凹槽上分別覆蓋一個刻有三角形和圓形的的邊長為7. 5cm的 正方形隔板，正方形隔板每條邊的中心處對應一個直徑為Φ4螺絲孔，正方形的隔板與轉 動盤之間通過4個直徑Φ4螺絲固定。步進電機承擔了雙線索顯示單元中的轉動盤和刻有相應的圖形蓋子以及濾色片 的重量，因此步進電機在轉動的過程中會出現由于負重太大而打滑或者停不住的現象，這 種打滑或者停不住的現象直接使得轉盤每次偏轉的角度出現明顯的誤差。因此在調節(jié)步進 電機驅動器時盡量使得其步數增大，單位角度的步數增加，轉速減慢，此外還應當采取一切 方式減少轉盤質量。這部分是系統(tǒng)正常工作的核心。(1)訓練單元的確定。實驗裝置是一個內徑為36cm，外徑為36. 8cm，高度為50cm 的內壁貼黑的訓練圓筒，訓練圓筒底部有四個兩兩正對的內凹的支架腳，訓練圓筒內部的 底部是一個直徑35cm的底部中空的圓盤，底部中空的圓盤恰好可以擱在底部的四個兩兩 正對的內凹的支架腳上；底部中空的圓盤中間有一個直徑為IOcm的底部中空圓盤中心圓 孔，一個直徑為IOcm的踩踏板的背面粘有3個輕質桿并擱在開關陣列上，踩踏板的正面恰 好可以放置在底部中空的圓盤中直徑為IOcm的底部中空圓盤中心圓孔中。當大鼠腳部觸 碰踩踏板，其力恰好可以啟動踩踏板背面的開關陣列，從而使整套實驗裝置開始工作。在圓 筒外部的離底部12. 4cm處有四個兩兩正對的直徑8cm的圓孔，在圓筒的外部，以每個圓孔為中心，有一個長為9. 69cm，寬為10cm，高為12. 4cm的外臂。與外臂相連接的是一個長為9cm，寬為8cm，高為11. 4cm的外延展臂，外臂和外延展臂的下面鋪滿金屬銅棒，外延展臂的 頂部開有兩個直徑不同的圓形孔，直徑為1.6cm的圓形口可插入紅外傳感器，靠近外臂頂 部末端的是直徑Icm的圓形口，圓形口可插入金屬飲水管。外臂和外延展臂之間用一個直 徑Φ4的螺絲固定。(2)大鼠路徑的確定。通過安裝在外臂頂部的紅外傳感器，區(qū)分大鼠是否進入外 臂，即在的外延展臂的頂部，離圓筒壁5. 2cm處安裝一個紅外傳感器。當大鼠進入的外延展 臂飲水時，外延展臂頂部的紅外傳感器將檢測到大鼠，紅外傳感器信號端向單片機微處理 器輸出高電壓信號，如大鼠沒有進入外臂，外臂頂部的紅外傳感器則沒有信號輸出。(3)足底電激單元。足底電擊單元由四部分構成0-40V可調恒壓電源、外臂和外 延展臂下端的金屬銅棒、外延展臂頂部的金屬飲水管、固態(tài)繼電器。外臂下端的金屬銅棒和 0-40V可調恒壓電源正極相連，外延展臂頂部的金屬飲水管與固態(tài)繼電器負載端正極相連， 固態(tài)繼電器負載端負極與恒流0-40V可調恒壓電源的負極相連；固態(tài)繼電器控制端正極與 單片機微處理器相連，固態(tài)繼電器控制端負極接地。(4)自動給水控制單元。自動給水控制單元由九個部分構成電磁閥、NPN型三極 管、470 Ω電阻、12V直流恒壓電源、金屬飲水管、PC4-02型進水接頭與出水接頭、透明水管、 裝置總水源。電磁閥的一端與12V直流恒壓電源的正極相連，電磁閥的另外一端與NPN型 三極管集電極C相連，NPN型三極管的發(fā)射極E接地，基極B與470Ω電阻相連，470Ω電阻 的另外一端作為信號端與單片機微處理器相連。電磁閥的進水口和出水口用PC4-02型接 頭擰緊，進水接頭和出水接頭均與直徑4mm的透明水管相連，進水口一端水管的另一邊與 裝置總水源相通；出水口一端的水管的另一邊與金屬飲水管相連。(5)雙線索顯示單元。步進電機隨機轉動會通過自身的轉動軸帶動固定在轉動軸 上的轉動盤轉動，與步進電機的轉動軸固定在一起的轉動盤上有兩個相隔120°的，邊長為 4cm，深度為Imm的正方形凹槽，凹槽中可以放置不同型號的濾色片，在兩個正方形的凹槽 上分別覆蓋一個刻有三角形和圓形的邊長為7. 5cm的正方形隔板，正方形隔板與轉動盤之 間通過4個直徑Φ4螺絲固定。靜止時，轉動盤每次中心定標腳位于電機支架上中心紅色 標記處，步進電機每次轉動60°，步進電機每次轉動時，與轉動盤上另外的兩個定標腳會精 確地與電機支架上中心紅色標記正對，這樣被固定在轉動盤上帶有濾色片的并且刻有圖形 的正方形隔板同時也會精確地被轉動到和外延展臂末端正對。在轉動盤的另外一端，一根 光纖被固定在正對于圓筒外延展臂的末端。轉動盤與步進電機轉動軸之間通過套鎖和金屬 圓片連接，該套鎖可以固定于步進電機轉動軸上并用螺絲固定，套鎖的兩翼上分別有2個 直徑Φ4的圓孔，套鎖的兩翼、轉動盤以及轉動盤另一端的具有三個直徑為Φ4的圓孔的金 屬小圓片一起用直徑為Φ4的螺絲固定。(6)白光光源。本實驗裝置中用到的白光光源是350W可調節(jié)強度的醫(yī)用氙燈光 源，該醫(yī)用氙燈光源色溫6000K，像平面照度大于200000LX，用一根單頭四分叉光纖連接。(7)電機驅動單元。本實驗裝置中用于帶動轉動盤轉動的電機為57BYGH633-13型 兩相3A步進電機，該電機最小步進角為0. 9°，最大相電流3A，復位時扭矩為13. 5kg. cm,電 機轉動軸長為29mm，電機轉動軸直徑為Φ 6. 35，步進電機的A相繞組和B相繞組的四根導 線分別連接步進電機驅動器的A+，A-, B+, B-接口。步進電機驅動器的PUL-，DIR-, ENA-與單片機微處理器相連接，步進電機驅動器的PUL+，DIR+, ENA+，連接5V2A的恒壓電源的正 極。步進電機驅動器的AV接口和GND接口分別連接24V5A恒壓電源正極和接地。(8)數據接收和處理以及顯示單元。采用51系列的C8051F020單片機微處理器控 制整個系統(tǒng)，采用12864H液晶顯示模塊作為顯示單元。(9)設備供電電源。整個實驗裝置不同部位由不同的電源供電。24V5A恒壓電源 正極與負極與步進電機驅動器相連接，該恒壓電源通過步進電機驅動器給步進電機供電； 12V1A恒壓電源的正極與電磁閥相連，負極接地，該恒壓電源提供給電磁閥啟動電壓；5V2A 的恒壓電源的正極分別與單片機微處理器、傳感器、步進電機驅動器、IOK下拉電阻相連接； 0-40V可調恒壓電源分別與固態(tài)繼電器和實驗裝置外延展臂下端的金屬銅棒相連。該系統(tǒng)中作為線索的顏色與形狀可根據具體實驗的要求給與不同選取，其可以實 現大鼠放入裝置之后操作自動化，實驗者可以放入“不管”；圓筒型外加四個外延臂設計提 供大鼠豐富的視覺環(huán)境與均勻穩(wěn)定的背景環(huán)境、可以有效的消除弱刺激條件下帶來的位置 偏好；當訓練或者檢測完畢后，實驗系統(tǒng)可自動發(fā)光報警；并且所給予的圖形的顏色強度 可以通過調節(jié)兩片偏振膜的相互之間的角度，從而改變氙燈光纖中入射光的光強來實現， 這樣做避免了購買濾光片等昂貴的光學器件，從而有效的控制成本。本發(fā)明具有以下優(yōu)點和效果(1)大鼠選擇行為的優(yōu)化大鼠不必像在傳統(tǒng)的T迷宮、Y迷宮中做選擇的那樣，面 臨非此即彼的視覺線索即要做出選擇，由于外延有4個臂，大鼠的視覺環(huán)境可以得到極大 的豐富，并且可以根據不同的實驗范式進行選擇多樣化選擇。(2)避免了在弱刺激條件下，當大鼠在傳統(tǒng)的T迷宮、Y迷宮中面臨非此即彼的選 擇時容易出現左右偏好這一致命弊端。采取圓筒型設計，使得在T迷宮、Y迷宮中由于角度 等帶來的其他視覺線索，大鼠在訓練場中的視覺背景均一致。(3)實驗的無人化，大鼠每做一次選擇之后，可自己踩動啟動開關，系統(tǒng)自動開始 工作，而不需要每做一次實驗，人為地把大鼠拿出來，再重新放進實驗裝置，該裝置排除了 上述人為因素的干擾，實驗可信性提高。(4)實驗裝置自動記錄大鼠每次進入外臂所對應的圖形和顏色的次數，避免了在 統(tǒng)計數據時，長時間觀察大鼠行為視頻錄像的繁瑣的操作，使實驗操作更加簡單。(5)通過單片機微處理器，將大鼠每次進入外臂的數據文件傳送至指定的液晶顯 示屏，讀數簡單，直觀。(6)可外延其他設備，結構簡單，操作自動化，檢測穩(wěn)定，數據準確，易于清掃以及 故障排查。
圖1為一種大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)結構示意2為一種大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)的構造示意3為訓練圓筒結構示意圖4為訓練圓筒俯視5為訓練圓筒側視6為訓練圓筒仰視圖
圖7為足底電激單元連接示意8為自動給水單元連接示意9為外延展臂連接示意10為轉動盤結構示意11為刻有三角圓形的隔板結構示意12為刻有圓形的隔板正面結構示意13為轉動盤及其連接裝置過程示意14轉動盤及其連接裝置結果示意15為踩踏板與輕質桿連接示意16為開關陣列示意17為踩踏板與開關陣列以及屏蔽盒連接方式示意18為一種單片機程序總體流程示意圖其中1_電機驅動單元中、2-雙線索顯示單元、3-足底電擊單元、4-自動給水控 制單元、5-數據接收與顯示單元、6-正方形隔板、7-套鎖、8-轉動盤、9-正方形凹槽、10-金 屬圓片，11-定標角、12-步進電機(常州合泰電機電器有限公司57BYGH633-13型)、13-步 進電機驅動器(深圳雷塞機電技術開發(fā)有限公司的M542型)、14_內凹的支架腳、15-訓練 圓筒、16-底部中空圓盤、17-底部中空圓盤中心圓孔、18-踩踏板、19-外臂、20-外臂延展 臂、21-外臂大凹槽、22-外臂小凹槽、23-24V5A恒壓電源、24-5V2A恒壓電源、25-12V1A恒壓 電源、26-0-40V可調恒壓電源、27-固態(tài)繼電器(SSR-10DD 10A)、28_單片機微處理器(西 安銘朗電子科技有限責任公司80C51F020)、29-電磁閥、30-金屬飲水管、31-紅外傳感器 (南京施科傳感器有限責任公司GY10-W3-3E4)、32_液晶顯示屏、33-輕質桿、34_4號塑料 進水管、35-4號塑料出水管、36-金屬銅棒、37-圓筒外壁圓孔、38-鐵屏蔽盒、39-外延展臂 支腳、40-傳感器插孔、41-金屬飲水管插孔、42-電機支架、43-開關陣列、44-470 Ω電阻、 45-10ΚΩ上拉電阻、46-ΝΡΝ型三極管、47-裝置總水源、48-進水接頭、49-出水接頭、50-氙 燈光源、51-四分叉光纖、52-偏振膜、53-藍色濾色片QB29、54-綠色濾色片LB1、55_紅色標 記、56-白光LED
具體實施例方式實施例1 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述根據圖1、圖2可知，一種大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括電 機驅動單元中1、雙線索顯示單元2、足底電擊單元3、自動給水控制單元4、數據接收與顯示 單元5、訓練圓筒15、氙燈光源50。其連接關系和作用如下電機驅動單元中1中的第一步 進電機12a、第二步進電機12b、第三步進電機12c、第四步進電機12d依次分別與第一步進 電機驅動器13a、第二步進電機驅動器13b、第三步進電機驅動器13c、第四步進電機驅動器 13d相連接。第一步進電機驅動器13a的接線口 13aA+和13aA_、第二步進電機驅動器13b 接線口 13bA+和13bA-、第三步進電機驅動器13c接線口 13cA+和13cA_、第四步進電機驅 動器13d接線口 13dA+和13dA-依次分別接第一步進電機12a的A相繞組的正負端、第二 步進電機12b的A相繞組的正負端、第三步進電機12c的A相繞組的正負端、第四步進電機8d的A相繞組的正負端。第一步進電機驅動器13a的接線口 13aB+和13aB_、第二步進電機 驅動器13b接線口 13bB+和13bB-、第三步進電機驅動器13c接線口 13cB+和13cB_、第四 步進電機驅動器13d接線口 13dB+和13dB-依次分別接第一步進電機12a的B相繞組的正 負端、第二步進電機12b的B相繞組的正負端、第三步進電機12c的B相繞組的正負端、第 四步進電機12d的B相繞組的正負端。第一步進電機12a、第二步進電機12b、第三步進電 機12c、第四步進電機12d的轉動軸分別通過第一套鎖7a、第二套鎖7b、第三套鎖7c、第四 套鎖7d插入到第一轉動盤8a、第二轉動盤Sb、第三轉動盤Sc、第四轉動盤8d。第一轉動盤 8a、第二轉動盤Sb、第三轉動盤Sc、第四轉動盤8d的前端的中心分別是第一金屬圓片10a、 第二金屬圓片10b、第三金屬圓片10c、第四金屬圓片10d。第一步進電機12a、第二步進電 機12b、第三步進電機12c、第四步進電機12d的轉動軸同樣也分別穿過第一金屬圓片10a、 第二金屬圓片10b、第三金屬圓片10c、第四金屬圓片10d。第一金屬圓片10a、第二金屬圓 片10b、第三金屬圓片10c、第四金屬圓片IOd與第一轉動盤8a、第二轉動盤Sb、第三轉動盤 8c、第四轉動盤8d之間，第一轉動盤8a、第二轉動盤8b、第三轉動盤8c、第四轉動盤8d與 第一套鎖7a、第二套鎖7b、第三套鎖7c、第四套鎖7d之間用3個直徑Φ4的螺絲固定。第 一步進電機驅動器13a的電源接口 13aV+和13aGND、第二步進電機驅動器13b的電源接口 13bV+和13bGND、第三步進電機驅動器13c的電源接口 13cV+和13cGND、第四步進電機驅動 器13d的電源接口 13dV+和13d GND分別外接24V5A恒壓電源23的正極和接地端。第一 步進電機驅動器13a的13a Dir-接口與單片機微處理器28的Pl. 0相連，13aENA_接口與 單片機微處理器28的Pl. 1相連，13a Pul-接口與單片機微處理器28的P0. 0相連；第二 步進電機驅動器13b的13b Dir-接口與單片機微處理器28的Pl. 2相連，13b ENA-接口與 單片機微處理器28的Pl. 3相連，13bPul-接口與單片機微處理器28的P0. 0相連；第三步 進電機驅動器13c的13c Dir-接口與單片機微處理器28的Pl. 4相連，13cENA_接口與單 片機微處理器28的Pl. 5相連，13cPul接口與單片機微處理器28的P0. 0相連；第四步進 電機驅動器13d的13d Dir-接口與單片機微處理器28的Pl. 6相連，13d ENA-接口與單片 機微處理器28的Pl. 7相連，13d Pul-接口與單片機微處理器28的P0. 0相連。第一步進 電機驅動器13a的13aENA+、13aDir+、13aPul+接口、第二步進電機驅動器13b的13bENA+、 13bDir+、13bPul+接口、第三步進電機驅動器 13c 的 13cENA+、13cDir+、13cPul+接口、第四 步進電機驅動器13d的13dENA+、13dDir+、13dPul+接口與外接5V2A恒壓電源24的正極相 連，5V2A恒壓電源24負極接地。 根據圖10、圖11、圖12、圖13、圖14可知，一種雙線索顯示單元2中轉動盤以及與轉動盤連接的相關零件的連接關系是電機驅動單元1中的第一、第二、第三、第四步進電 機驅動器13A、13B、13C、13D采用的是深圳雷塞機電技術開發(fā)有限公司的M542型步進電機 驅動器，第一、第二、第三、第四步進電機12a、12B、12C、12D采用的是常州合泰電機電器公 司的57BYGH633-13型2相3A步進電機，其步進角為1. 8°，復位時扭矩為13. 5kg. cm。M542 型步進電機驅動器的工作峰值電流范圍為1. OA-4. 2A，輸出電流共有8檔，每檔電流可通過 步進電機驅動器上帶有的SW1-SW3三個檔位的狀態(tài)調節(jié)，其微步細分數有15種，具體細分 步數可通過步進電機驅動器上帶有的SW5-SW8四個檔位的狀態(tài)調節(jié)，SW4的狀態(tài)決定半流 或者全流模式，M542型步進電機驅動器為直流24V供電。步進電機驅動器的步數和工作電 流的確定要根據步進電機的性能來確定，本系統(tǒng)中考慮到隨著電機轉動的轉動盤質量比較輕，并且轉動盤的轉動需要平穩(wěn)的進行，轉動的角度需要比較準確，因而設置型步進電機驅 動器的 SW1、SW2、Sff3, Sff4, Sff5, Sff6, Sff7, SW8 分別為 on/off/on/off/ofT/on/on/on。根據圖3、圖4、圖5、圖6可知，訓練圓筒15是一個內徑為36cm，外徑為36. 8cm,高 度為50cm的內壁貼黑的中空的圓筒，訓練圓筒15底部有四個兩兩正對的內凹的支架腳14 第一內凹的支架腳14a、第二內凹的支架腳14b、第三內凹的支架腳14c、第四內凹的支架腳 14d。訓練圓筒15內部的底部是一個直徑36cm的底部中空圓盤16，底部中空圓盤16恰好 可以擱在底部內凹的第一支架腳14a、內凹的第二支架腳14b、內凹的第三支架腳14c、內凹 的第三支架腳14d上；底部中空圓盤16中間是一個直徑為IOcm的底部中空圓盤中心圓孔 17，底部中空圓盤中心圓孔17恰好可以放置圖6中所描述的擱在開關陣列43上的直徑為 IOcm的踩踏板18。在離圓筒外底部12. 4cm處有四個兩兩正對的直徑8cm的圓筒外壁圓孔 37 第一圓筒外壁圓孔37a、第二圓筒外壁圓孔37b、第三圓筒外壁圓孔37c、第四圓筒外壁 圓孔37d。在訓練圓筒15的外部，分別以外第一圓筒外壁圓孔37a、第二圓筒外壁圓孔37b、 第三圓筒外壁圓孔37c、第四圓筒外壁圓孔37d為中心，各有一個長為9cm、寬為10cm、高為 12. 4cm的第一外臂19a、第二外臂19b、第三外臂19c、第四外臂19d，第一外臂19a、第二外 臂19b、第三外臂19c、第四外臂19d的下面分別鋪滿金屬銅棒36a、金屬銅棒36b、金屬銅棒 36c、金屬銅棒36d，分別在外臂19a、外臂19b、外臂19c、外臂19d的頂部的中心開一個長為 56cm,寬為16cm的第一外臂大凹槽21a、第二外臂大凹槽21b、第三外臂大凹槽21c、第四外 臂大凹槽21d和離右邊緣17. 6cm,離外邊緣4cm處的一個長為80cm，寬為4cm第一外臂小 凹槽22a、第二外臂小凹槽22b、第三外臂小凹槽22c、第四外臂小凹槽22d。第一外臂19a、 第二外臂19b、第三外臂19c、第四外臂19d的底部與之前所述的擱在底部內凹的第一支架 腳9a、內凹的第二支架腳％、內凹的第三支架腳9c、內凹的第四支架腳9d上的底部中空圓 盤16恰好在同一水平面上。由圖3、圖4、圖5、圖6可知，訓練圓筒15包括第一外延展臂15a、第二外延展臂 15b、第三外延展臂15c、第四外延展臂15d，第一外延展臂15a、第二外延展臂15b、第三外延 展臂15c、第四外延展臂15d分別與第一外臂19a、第二外臂19b、第三外臂19c、第四外臂 19d相連(長為90cm，寬為88cm，高度為144cm)，在第一外延展臂15a、第二外延展臂15b、 第三外延展臂15c、第四外延展臂15d頂端的對稱軸上裝有直徑為1. 6cm的第一傳感器插孔 40a、第二傳感器插孔40b、第三傳感器插孔40c、第四傳感器插孔40d。在離第一外延展臂支 腳39a、第二外延展臂支腳39b、第三外延展臂支腳39c、第四外延展臂支腳39d端15cm的對 稱軸上分別裝有直徑為Icm的第一金屬飲水管插孔41a、第二金屬飲水管插孔41b、第三金 屬飲水管插孔41c、第四金屬飲水管插孔41d。在離第一外延展臂15a、第二外延展臂15b、 第三外延展臂15c、第四外延展臂15d頂端右邊緣1. 4cm處有一個直徑為Φ4的螺絲孔，通 過該螺絲孔的螺絲可以分別插到第一外臂小凹槽22a、第二外臂小凹槽22b、第三外臂小凹 槽22c、第四外臂小凹槽22d中，從而可以實現延展臂的伸縮條件下的固定功能。第一外延 展臂15a、第二外延展臂15b、第三外延展臂15c、第四外延展臂15d均中空，離第一外延展臂 15a、第二外延展臂15b、第三外延展臂15c、第四外延展臂15d頂端9. 4cm處有相隔0. 8cm的 直徑為Φ3的小孔，這些小孔中插入供足底電擊用的金屬銅棒36。第一外延展臂15a、第二 外延展臂15b、第三外延展臂15c、第四外延展臂15d的下端分別與第一外延展臂支腳39a、 第二外延展臂支腳39b、第三外延展臂支腳39c、第四外延展臂支腳39d相連。
根據圖2、圖10、圖13、圖14可知，雙線索顯示單元2包括正方形隔板6、套鎖7、轉 動盤8、轉動盤凹槽9、金屬圓片10、定標角11、氙燈光源50、四分叉光纖51、偏振膜52、藍色 濾色片QB29 53、綠色濾色片LBl 54。第一步進電機12a、第二步進電機12b、第三步進電機 12c、第四步進電機12d的轉動軸分別用直徑Φ4的螺絲與第一套鎖7a、第二套鎖7b、第三 套鎖7c、第四套鎖7d固定在一起，第一套鎖7a、第二套鎖7b、第三套鎖7c、第四套鎖7d的兩 翼分別與第一轉動盤8a、第二轉動盤Sb、第三轉動盤Sc、第四轉動盤8d、第一金屬圓片10a、 第二金屬圓片10b、第三金屬圓片10c、第四金屬圓片IOd用直徑Φ4的螺絲固定在一起。 在第一轉動盤8a、第二轉動盤Sb、第三轉動盤Sc、第四轉動盤8d上各有兩個互成120°的 邊長為4cm、深度為Imm的第一正方形凹槽9al、第二正方形凹槽9a2，第三正方形凹槽9bl、 第四正方形凹槽9b2，第五正方形凹槽9cl、第六正方形凹槽9c2，第七正方形凹槽9dl、第八 正方形凹槽9d2。第一正方形凹槽9al、第三正方形凹槽9bl、第五正方形凹槽9cl、第七正 方形凹槽9dl均放置厚度Imm的藍色濾色片QB29 53，與藍色濾色片QB29 53緊挨著的是 兩片互成角度的第一偏振膜52a，偏振膜52的作用是利用物理偏振光的原理通過改變兩片 偏振膜之間的角度來降低透射光的強度。第二正方形凹槽9a2、第四正方形凹槽％2、第六 正方形凹槽9c2、第八正方形凹槽9d2放置厚度Imm的綠色濾色片LBl 54，綠色濾色片LBl 54同樣緊挨著兩片互成角度的偏振膜52b。第一正方形凹槽9al、第二正方形凹槽9a2，第 三正方形凹槽％1、第四正方形凹槽％2，第三正方形凹槽9cl、第六正方形凹槽9c2，第七正 方形凹槽9dl、第八正方形凹槽9d2的上下底邊分別與第一轉動盤8a的第一定標角llal、 第二定標角1 Ibl，第二轉動盤8b的第一定標角lla2、第二定標角llb2，第三轉動盤8c的第 一定標角lla3、第二定標角lb3，第四轉動盤8d的第一定標角lla4、第二定標角llb4的角 平分線相垂直。在第一正方形凹槽9al、第二正方形凹槽9a2、第三正方形凹槽9bl、第四正 方形凹槽％2、第五正方形凹槽9cl、第六正方形凹槽9c2、第七正方形凹槽9dl、第八正方形 凹槽9d2每條邊的中心相隔0. 45cm處各有一個直徑Φ4螺絲孔。在第一正方形凹槽9al、 第三正方形凹槽％1、第五正方形凹槽9cl、第七正方形凹槽9dl上分別覆蓋一個刻有邊長 為2cm三角形孔的邊長為7. 5cm的第一正方形隔板6al、第三正方形隔板6bl、第五正方形 隔板6cl、第七正方形隔板6dl ；在第二正方形凹槽9a2、第四正方形凹槽9b2、第六正方形凹 槽9c2、第八正方形凹槽9d2上分別覆蓋一個刻有直徑為1. 5cm圓形孔的邊長為7. 5cm的第 二正方形隔板6a2、第四正方形隔板6b2、第六正方形隔板6c2、第八正方形隔板6d2。離第 一正方形隔板6al、第二正方形隔板6a2、第三正方形隔板6bl、第四正方形隔板6b2、第五正 方形隔板6cl、第六正方形隔板6c2、第七正方形隔板6dl、第八正方形隔板6d2的每條邊的 中心0.45cm處有一個直徑Φ4的螺絲孔。第一正方形隔板6al、第二正方形隔板6a2、第三 正方形隔板6bl、第四正方形隔板6b2、第五正方形隔板6cl、第六正方形隔板6c2、第七正方 形隔板6dl、第八正方形隔板6d2分別蓋住第一正方形凹槽9al、第二正方形凹槽9a2、第三 正方形凹槽9bl、第四正方形凹槽％2、第五正方形凹槽9cl、第六正方形凹槽9c2、第七正方 形凹槽9dl、第八正方形凹槽9d2并分別與第一轉動盤8a，第二轉動盤8b，第三轉動盤8c， 第四轉動盤8d之間通過4個直徑為Φ4螺絲固定。
第一套鎖7a，第二套鎖7b，第三套鎖7c，第四套鎖7d分別與第一步進電機12a、 第二步進電機12b、第三步進電機12c、第四步進電機12d的轉動軸用Φ4螺絲固定(如圖 13)。第一套鎖7a、第二套鎖7b、第三套鎖7c、第四套鎖7d的兩翼分別與第一轉動盤8a、第二轉動盤8b、第三轉動盤8c、第四轉動盤8d和第一金屬圓片10a、第二金屬圓片10b、第三 金屬圓片10c、第四金屬圓片IOd之間通過3個直徑為Φ4的螺絲固定。在每個轉動盤的 上部有3個定標角第一定標角11a、第二定標角lib、第三定標角Ilc (如圖10)，第一轉動 盤8a的第一定標角llal、第二定標角Ilbl的角平分線分別與第一正方形凹槽9al以及第 二正方形凹槽9a2的上下底邊垂直，第一轉動盤8a的第三定標角Ilcl的角平分線是第一 轉動盤8a的中線；第二轉動盤8b的第四定標角lla2、第五定標角llb2的角平分線分別于 第三正方形凹槽9bl以及第四正方形凹槽9b2的上下邊垂直，第二轉動盤8b的第六定標角 llc2的角平分線是第二轉動盤8b的中線；第三轉動盤8c的第七定標角lla3、第八定標角 llb3的角平分線分別與第五正方形凹槽9cl、第六正方形凹槽9c2的上下邊垂直，第三轉動 盤8c的第九定標角llc3的角平分線是第三轉動盤8c的中線；第四轉動盤8d的第十定標 角lla4、第i^一定標角llb4的角平分線分別與第七正方形凹槽9dl、第八正方形凹槽9d2 的上下邊垂直，第四轉動盤8d的第十二定標角llc4的角平分線是第四轉動盤8d的中線。在第一電機支架42a、第二電機支架42b、第三電機支架42c、第四電機支架42d的 上方正中心處分別固定一個第一紅色標記55a、第二紅色標記55b、第三紅色標記55c、第四 紅色標記55d。每次實驗時，將第三定標角llcl、第六定標角llc2、第九定標角llc3、第十二 定標角llc4分別與第一紅色標記55a、第二紅色標記55b、第三紅色標記55c、第四紅色標記 55d對齊以保證轉動盤在豎直方向。電機每次從對稱軸位置隨機沿順時針或者逆時針轉動 60°，這樣，刻有相應圖形的正方形隔板就會恰好轉動到豎直向下的方向(如圖2)，由于正 方形隔板的背面是從光纖中出射的白色光，并且正方形隔板與轉動盤凹槽之間鑲嵌有不同 顏色的濾色片，因此在訓練筒外臂中從正方形隔板的正面看 去，因此轉動盤上呈現的是一 個“綠顏色三角形”或者“藍顏色的圓形”。通過調節(jié)偏振膜52的相對角度，可以改變從四 分叉光纖51中出射的白光的強度。圖15為踩踏板與輕質桿連接示意圖；圖16是開關陣列示意圖，圖17是踩踏板與 開關陣列以及屏蔽盒連接方式示意圖；圖5為連接了開關陣列的踩踏板在訓練圓筒中的 仰視圖。本裝置中使用的是德國歐姆龍公司生產的單通式微動開關。該開關陣列43由9 個微動開關組成，分別是第一開關43a、第二開關43b、第三開關43c、第四開關43d、第五開 關43e、第六開關43f、第七開關43g、第八開關43h、第九開關43i。第一開關43a、第二開 關43b、第三開關43c、第四開關43d、第五開關43e、第六開關43f、第七開關43g、第八開關 43h、第九開關43i分別用樹脂膠固定在鐵屏蔽盒25的蓋子上，所有的開關分成兩層，其中 第一開關43a、第二開關43b、第三開關43c在內層；第四開關43d、第五開關43e、第六開關 43f、第七開關43g、第八開關43h、第九開關43i在外層，在鐵屏蔽盒38的蓋子上有三個相 互等距的直徑為Φ5的螺絲孔和中心處一個直徑為Φ 16的圓孔。在踩踏板18上按照鐵屏 蔽盒38的蓋子上三個螺絲孔的方位固定3個輕質桿33，輕質桿33插入螺絲孔里，使得踩踏 板18與開關陣列43中每個開關相接觸。第一開關43a、第二開關43b、第三開關43c、第四 開關43d、第五開關43e、第六開關43f、第七開關43g、第八開關43h、第九開關43i采取并聯 方式連接，并且所有的連線從中間的圓孔穿進去，與鐵屏蔽盒38內的單片機微處理器28相 連。由于開關陣列43采取兩層設計，故而當踩踏板18無論從哪個方位輕微的按動時開關 陣列43均會處于導通狀態(tài)。為保證實驗正常進行，降低實驗過程中出現的斷電、系統(tǒng)由于電磁閥磁場的磁干擾而造成錯亂的幾率，保證實驗能夠順利進行，要求(1)整個實驗裝置中的導線均標號并包入絕緣的橡膠套中。這樣既避免了眾多導 線容易接線錯誤，同時也避免了導線暴露于實驗裝置之外而引起的人為地觸碰導致的斷路 等問題。(2)實驗開始時，第三定標角llcl、第六定標角llc2、第九定標角llc3、第十二定 標角llc4應分別和第一電機固定鐵架37a、第二電機固定鐵架37b、第三電機固定鐵架37c、 第四電機固定鐵架37d中線上的與第一紅色標記55a、第二紅色標記55b、第三紅色標記 55c、第四紅色標記55d對齊，以保證初始時刻刻有圖形的蓋子等角度的分布在每個轉動盤 兩端。每次實驗中步進電機轉動的角度都是一致的，因此理想狀態(tài)應該是電機每次轉動時 會轉動盤上分別與左右兩個圖形相應的定標角每次總會與紅色標記對齊，這樣就保證了總 有一個有顏色的圖形正對外延展臂的末端。(3)實驗裝置的四個電磁閥29均用錫箔紙包裹，這樣做的原因是電磁閥29里面 是一個電磁繼電器，當電磁繼電器突然通電或者突然斷電時，線圈中的感應電勢服從法拉 第電磁感應定律。當一個或者多個電磁閥同時工作的時候會對單片機微處理器28產生一 定的干擾，因此在電磁閥29上覆蓋一層錫箔紙可以屏蔽由于電磁感應產生的電場以及電 磁閥29作中的漏磁場，從而保證單片機正常工作。(4)實驗完畢后白光LED56自動發(fā)光，提示實驗完畢，使得實驗者不必由于擔心干 擾動物而等待太長時間。圖1中自動給水控制單元4的原理框圖如圖8所示。根據圖8可知，自動給水控 制單元4包括12V1A恒壓電源25、單片機微處理器28、第一電磁閥29a、第二電磁閥29b、第 三電磁閥29c、第四電磁閥29d，第一金屬飲水管30a、第二金屬飲水管30b、第三金屬飲水管 30c、第四金屬飲水管30d，第一紅外傳感器31a、第二紅外傳感器31b、第三紅外傳感器31c、 第四紅外傳感器31d，第一 4號塑料進水管34a、第二 4號塑料進水管34b、第三4號塑料進水 管34c、第四4號塑料進水管34d，第一 4號塑料出水管35a、第二 4號塑料出水管35b、第三 4號塑料出水管35c、第四4號塑料出水管35d，第一 470 Ω電阻44a、第二 470 Ω電阻44b、 第三470 Ω電阻44c、第四470 Ω電阻44d，第一 NPN型三極管46a、第二 NPN型三極管46b、 第三NPN型三極管46c、第四NPN型三極管46d，裝置總水源47，第一進水接頭48a、第二進 水接頭48b、第三進水接頭48c、第四進水接頭48d，第一出水接頭49a、第二出水接頭49b、第 三出水接頭49c、第四出水接頭49d。其特征在于自動給水控制單元4中的第一電磁閥29a、 第二電磁閥29b、第三電磁閥29c、第四電磁閥29d分別與12V1A恒壓電源25的正極和第一 NPN型三極管46a的集電極C、第二 NPN型三極管46b的集電極C、第三NPN型三極管46c的 集電極C、第四NPN型三極管46d的集電極C相連，12V1A恒壓電源25負極與第一 NPN型三 極管46a、第二 NPN型三極管46b、第三NPN型三極管46c、第四NPN型三極管46d的發(fā)射極 E共接地。第一 NPN型三極管46a的基極B、第二 NPN型三極管46b的基極B、第三NPN型三 極管46c的基極B、第四NPN型三極管46d的基極分別連接第一 470 Ω電阻44a、第二 470 Ω 電阻44b、第三470 Ω電阻44c、第四470 Ω電阻44山第一470 0電阻44a、第二 470 Ω電阻 44b、第三470 Ω電阻44c、第四470 Ω電阻44d分別與單片機微處理器28的Ρ2. 0、Ρ2. 1、 P2. 2、P2. 3相連。第一電磁閥29a、第二電磁閥29b、第三電磁閥29c、第四電磁閥29d進水 口分別和第一進水接頭48a、第二進水接頭48b、第三進水接頭48c、第四進水接頭48d相連接并擰緊；第一電磁閥29a、第二電磁閥29b、第三電磁閥29c、第四電磁閥29d出水口分別 和第一出水接頭49a、第二出水接頭49b、第三出水接頭49c、第四出水接頭49d相連接并擰 緊。第一進水接頭48a、第二進水接頭48b、第三進水接頭48c、第四進水接頭48d分別和第 一 4號塑料進水管34a、第二 4號塑料進水管34b、第三4號塑料進水管34c、第四4號塑料 進水管34d相連，第一 4號塑料出水管34a、第二 4號塑料出水管34b、第三4號塑料出水管 34c、第四4號塑料出水管34d的另外一端均連到裝置總水源47。第一出水接頭49a、第二 出水接頭49b、第三出水接頭49c、第四出水接頭49d分別和第一 4號塑料出水管35a、第二 4號塑料出水管35b、第三4號塑料出水管35c、第四4號塑料出水管35d相連接；第一 4號 塑料出水管35a、第二 4號塑料出水管35b、第三4號塑料出水管35c、第四4號塑料出水管 35d的另外一頭分別與第一金屬飲水管30a、第二金屬飲水管30b、第三金屬飲水管30c、第 四金屬飲水管30d相連接。圖1中足底電擊單元3的原理框圖如圖7所示。根據圖7可知，足底電擊單元3包 括0-40V可調恒壓電源26、單片機微處理器28、第一外臂延展臂20a、第二外臂延展臂20b、 第三外臂延展臂20c、第四外臂延展臂20d、第一固態(tài)繼電器27a、第二固態(tài)繼電器27b、第三 固態(tài)繼電器27c、第四固態(tài)繼電器27d、第一金屬銅棒36a、第二金屬銅棒36b、第三金屬銅棒 36c、第四金屬銅棒36d。第一固態(tài)繼電器27a、第二固態(tài)繼電器27b、第三固態(tài)繼電器27c、第四固態(tài)繼電器 27d的負載端正極和0-40V可調恒壓電源26的正極相連；第一固態(tài)繼電器27a、第二固態(tài)繼 電器27b、第三固態(tài)繼電器27c、第四固態(tài)繼電器2 7d的負載端負極分別與第一外臂延展臂 20的金屬銅棒36a、第二外臂延展臂20b的第二金屬銅棒36b、第三外臂延展臂20c的第三 金屬銅棒36c、第四外臂延展臂20d的第四金屬銅棒36d連接。將第一金屬飲水管30a、第 二金屬飲水管30b、第三金屬飲水管30c、第四金屬飲水管30d分別插入第一金屬飲水管插 孔41a、第二金屬飲水管插孔41b、第三金屬飲水管插孔41c、第四金屬飲水管插孔41d中。 第一金屬飲水管30a、第二金屬飲水管30b、第三金屬飲水管30c、第四金屬飲水管30d分別 用導線與0-40V可調恒壓電源26的負極以及第一固態(tài)繼電器27a、第二固態(tài)繼電器27b、第 三固態(tài)繼電器27c、第四固態(tài)繼電器27d控制端負極相連。第一固態(tài)繼電器27a、第二固態(tài) 繼電器27b、第三固態(tài)繼電器27c、第四固態(tài)繼電器27d控制端正極分別與單片機微處理器 28的P2. 4-P2. 7相連。當大鼠進入電擊的外臂延展臂20喝水就時就會與所進入外延展臂 上的金屬銅棒36、金屬飲水管30以及相應的固態(tài)繼電器27組成一個回路，由于傳感器插孔 40和飲水管插孔36相隔比較近，大鼠喝水時紅外傳感器31將探測到的信號送入單片機微 處理器28，單片機微處理器28根據該臂對應的實際的圖形的狀況決定是否給予電擊。圖1所示的“電機驅動單元1”、圖1所示“足底電擊單元3”、圖1所示“自動給水 控制單元4”均由數據接收與顯示單元5中的單片機微處理器28進行控制，單片機服務程 序流程圖如圖7所示.單片機微處理器28將大鼠每次進入各個臂的情況計算之后將結果 發(fā)送到液晶顯示屏32中顯示。圖18所示為單片機微處理器28的服務程序流程，該程序普通技術人員根據其基 本知識均能編寫程序，采用Basic語言或Pascal語言或C/C++語言或Fortran語言編程， 以實現對實驗各個單元進行控制。程序啟動后，首先對單片機微處理器28初始化，分別定義步進電機驅動器13中第一步進電機驅動器13a的Dir- 口為Pl. O、EN- 口為Pl. 1 ；第二步進電機驅動器13b的Dir- 口為Ρ1·2、ΕΝ- 口為Pl. 3，第三步進電機驅動器13c的Dir- 口為Ρ1·4、ΕΝ 口為Pl. 5， 第四步進電機驅動器13d的Dir- 口為Pl. 6,EN- 口為Pl. 7。紅外傳感器31中第一紅外傳 感器31a的信號口為的為P3. 4、第二紅外傳感器31b的信號口為P3. 5、第三紅外傳感器31c 的信號口為P3. 6、第四紅外傳感器31 d的信號口為P3. 7。定義自動給水控制單元4中分別 和單片機微處理器28相連的第一 470 Ω電阻44a、第二 470 Ω電阻44b、第三470 Ω電阻 44c、第四470 Ω電阻44d的連線口分別為Ρ2. 0、Ρ2. 1、Ρ2. 2、Ρ2. 3。定義足底電擊單元3中 分別和單片機微處理器28相連的第一固態(tài)繼電器27a、第二固態(tài)繼電器27b、第三固態(tài)繼電 器27c、第四固態(tài)繼電器27d控制端正極為P2. 4、P2. 5、P2. 6、P2. 7。定義與開關陣列43以 及IOK Ω上拉電阻45的共線端口為Ρ0. 0，定義第一步進電機驅動器13a的信號口 Pul-、第 二步進電機驅動器13b的信號口 Pul-、第三步進電機驅動器13c的信號口 Pul-、第四步進 電機驅動器13d的信號口 Pul-與單片機微處理器28相連的信號端口為P0. 1，同時初始化 液晶顯示屏32(過程八)。第二步，初始化液晶顯示屏32后立即判斷與開關陣列43對應的P0. 0 口的信號是 高電壓信號還是低電壓信號，如果是高信號則表明開關陣列43沒有被按下，則單片機微處 理器28繼續(xù)判斷開關陣列43是否被按下(過程B)，如果開關陣列43被按下則運行過程 C0第三步，當開關陣列43被按下后，P0. 0 口的信號為低電壓信號，單片機微處理 器28得到P0. 0 口傳入的低電壓信號后隨機產生一個大小范圍為廣14的二進制數0001、 0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110。(過程 C)第四步，單片機微處理器28將提取過程C中產生的四位隨機數中的任意一個并將 其轉化成對應的高低電平信號按照由低到高的順序分別發(fā)送到的Pl. 0、Pl. 2、Pl. 4、Pl. 6 口。第一步進電機驅動器13a，第二步進電機驅動器13b，第三步進電機驅動器13c，第四步 進電機驅動器13(1根據？1.011.2、？1.4、？1.6 口高低電平信號，分別對第一步進電機12a， 第二步進電機12b，第三步進電機12c，第四步進電機12d發(fā)送順時針或者逆時針轉動的命 令，同時P0. 1 口也分別向第一步進電機驅動器13a，第二步進電機驅動器13b，第三步進電 機驅動器13c，第四步進電機驅動器13d發(fā)送相同的速度及角度命令，在兩個命令的聯合作 用下，第一步進電機12a，第二步進電機12b，第三步進電機12c，第四步進電機12d將分別以 同樣的速度及角度順時針或者逆時針轉動轉動(過程D)。第五步，當第一步進電機12a，第二步進電機12b，第三步進電機12c，第四步進電 機12d停止轉動后單片機微處理器28中的定時器立即啟動，并且設置定時時間為5s (過程 E)。在這5s內，單片機微處理器28將持續(xù)掃描第一紅外傳感器31a、第二紅外傳感器31b、 第三紅外傳感器31c、第四紅外傳感器31d的狀態(tài)(過程F)，當大鼠通過第一外臂19a、第二 外臂19b、第三外臂19c、第四外臂19d進入第一外延展臂15a、第二外延展臂15b、第三外延 展臂15c、第四外延展臂15d中任意一個喝水時，紅外傳感器的狀態(tài)就會發(fā)生轉變，結合過 程C中與大鼠進入外延展臂對應的步進電機的轉動情況，由單片機微處理器28往不同接口 發(fā)送給水或者電擊指令，從而對動物進行給水或者電擊操作(過程G)，此后持續(xù)的檢測該 紅外傳感器狀態(tài)(過程H)，當狀態(tài)再次發(fā)生改變時，說明大鼠已經離開外延展臂，單片機微 處理器28立即對第一步進電機驅動器13a，第二步進電機驅動器13b，第三步進電機驅動器13c，第四步進電機驅動器13d發(fā)送與上次方向相反的指令，從而使第一步進電機12a，第二 步進電機12b，第三步進電機12c，第四步進電機12d轉回到初始狀態(tài)(過程I)。如果在5s 內第一紅外傳感器31a、第二紅外傳感器31b、第三紅外傳感器31c、第四紅外傳感器31d中 任何一個的狀態(tài)都沒有發(fā)生改變，說明大鼠僅僅踩動了開關陣列43，而沒有進入任何一個 外臂，單片 微處理器23立即對第一步進電機驅動器13a，第二步進電機驅動器13b，第三步 進電機驅動器13c，第四步進電機驅動器13d發(fā)送相反的指令，使第一步進電機12a，第二步 進電機12b，第三步進電機12c，第四步進電機12d轉回初始狀態(tài)(過程I)。
第六步，根據過程C中產生的隨機數和大鼠進入的外延展臂的次數，將實驗數據 由單片機微處理器28發(fā)送到液晶顯示屏32上顯示(過程J)。顯示完畢后，系統(tǒng)重新回到 過程B，進入下一次的程序流程。
權利要求
一種大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)，它包括電機驅動單元(1)、雙線索顯示單元(2)、足底電擊單元(3)、自動給水控制單元(4)、數據接收與顯示單元(5)、訓練圓筒(15)、踩踏板(18)、外臂(19)、白光LED(56)，其特征在于電機驅動單元中(1)中的第一步進電機(12a)、第二步進電機(12b)、第三步進電機(12c)、第四步進電機(12d)依次分別與第一步進電機驅動器(13a)、第二步進電機驅動器(13b)、第三步進電機驅動器(13c)、第四步進電機驅動器(13d)連接，第一步進電機驅動器(13a)的接線口13aA+和13aA-、第二步進電機驅動器(13b)接線口13bA+和13bA-、第三步進電機驅動器(13c)接線口13cA+和13cA-、第四步進電機驅動器(13d)接線口13dA+和13dA-依次分別接第一步進電機(12a)的A相繞組的正負端、第二步進電機(12b)的A相繞組的正負端、第三步進電機(12c)的A相繞組的正負端、第四步進電機(12d)的A相繞組的正負端，第一步進電機驅動器(13a)的接線口13aB+和13aB-、第二步進電機驅動器(13b)接線口13bB+和13bB-、第三步進電機驅動器(13c)接線口13cB+和13cB-、第四步進電機驅動器(13d)接線口13dB+和13dB-依次分別接第一步進電機(12a)的B相繞組的正負端、第二步進電機(12b)的B相繞組的正負端、第三步進電機(12c)的B相繞組的正負端、第四步進電機(12d)的B相繞組的正負端，第一步進電機(12a)、第二步進電機(12b)、第三步進電機(12c)、第四步進電機(12d)的轉動軸分別通過第一套鎖(7a)、第二套鎖(7b)、第三套鎖(7c)、第四套鎖(7d)插入到第一轉動盤(8a)、第二轉動盤(8b)、第三轉動盤(8c)、第四轉動盤(8d)中，第一轉動盤(8a)、第二轉動盤(8b)、第三轉動盤(8c)、第四轉動盤(8d)的前端的中心分別連接第一金屬圓片(10a)、第二金屬圓片(10b)、第三金屬圓片(10c)、第四金屬圓片(10d)，第一步進電機(12a)、第二步進電機(12b)、第三步進電機(12c)、第四步進電機(12d)的轉動軸分別穿過第一金屬圓片(10a)、第二金屬圓片(10b)、第三金屬圓片(10c)、第四金屬圓片(10d)，第一轉動盤(8a)、第二轉動盤(8b)、第三轉動盤(8c)、第四轉動盤(8d)與第一套鎖(7a)、第二套鎖(7b)、第三套鎖(7c)、第四套鎖(7d)之間用螺絲固定，第一步進電機驅動器(13a)的電源接口13aV+和13aGND、第二步進電機驅動器(13b)的電源接口13bV+和13bGND、第三步進電機驅動器(13c)的電源接口13cV+和13cGND、第四步進電機驅動器(13d)的電源接口13dV+和13dGND分別與24V5A恒壓電源(23)的正極和接地端相連，第一步進電機驅動器(13a)的13aDir-接口與單片機微處理器(28)的P1.0相連，13aENA-接口與單片機微處理器(28)的P1.1相連，13a Pul-接口與單片機微處理器(28)的P0.0相連，第二步進電機驅動器(13b)的13bDir-接口與單片機微處理器(28)的P1.2相連，13b ENA-接口與單片機微處理器(28)的P1.3相連，13bPul-接口與單片機微處理器(28)的P0.0相連，第三步進電機驅動器(13c)的13c Dir-接口與單片機微處理器(28)的P1.4相連，13cENA-接口與單片機微處理器(28)的P1.5相連，13cPul-接口與單片機微處理器(28)的P0.0相連，第四步進電機驅動器(13d)的13d Dir-接口與單片機微處理器(28)的P1.6相連，13dENA-接口與單片機微處理器(28)的P1.7相連，13dPul-接口與單片機微處理器(28)的P0.0相連，第一步進電機驅動器(13a)的13aENA+、13aDir+、13aPul+接口、第二步進電機驅動器(13b)的13bENA+、13bDir+、13bPul+接口、第三步進電機驅動器(13c)的13cENA+、13cDir+、13cPul+接口、第四步進電機驅動器(13d)的13dENA+、13dDir+、13dPul+接口與5V2A恒壓電源(24)的正極相連，5V2A恒壓電源(24)負極接地。足底電擊單元(3)中第一固態(tài)繼電器(27a)、第二固態(tài)繼電器(27b)、第三固態(tài)繼電器(27c)、第四固態(tài)繼電器(27d)的負載端正極和0-40V可調恒壓電源(26)的正極相連；第一固態(tài)繼電器(27a)、第二固態(tài)繼電器(27b)、第三固態(tài)繼電器(27c)、第四固態(tài)繼電器(27d)的負載端負極分別與第一外延展臂(20)的第一金屬銅棒(36a)、第二外延展臂(20b)的第二金屬銅棒(36b)、第三外延展臂(20c)的第三金屬銅棒(36c)、第四外臂延展臂(20d)的第四金屬銅棒(36d)連接；將第一金屬飲水管(30a)、第二金屬飲水管(30b)、第三金屬飲水管(30c)、第四金屬飲水管(30d)分別插入第一金屬飲水管插孔(41a)、第二金屬飲水管插孔(41b)、第三金屬飲水管插孔(41c)、第四金屬飲水管插孔(41d)中；第一金屬飲水管(30a)、第二金屬飲水管(30b)、第三金屬飲水管(30c)、第四金屬飲水管(30d)分別用導線與0-40V可調恒壓電源(26)的負極相連。第一固態(tài)繼電器(27a)、第二固態(tài)繼電器(27b)、第三固態(tài)繼電器(27c)、第四固態(tài)繼電器(27d)控制端負極接地；第一固態(tài)繼電器(27a)、第二固態(tài)繼電器(27b)、第三固態(tài)繼電器(27c)、第四固態(tài)繼電器(27d)控制端正極分別與單片機微處理器(28)的P2.4-P2.7相連；自動給水控制單元(4)中第一電磁閥(29a)、第二電磁閥(29b)、第三電磁閥(29c)、第四電磁閥(29d)分別與12V1A恒壓電源(25)的正極和第一NPN型三極管(46a)的集電極C、第二NPN型三極管(46b)的集電極C、第三NPN型三極管(46c)的集電極C、第四NPN型三極管(46d)的集電極C相連，12V1A恒壓電源(25)負極與第一NPN型三極管(46a)的發(fā)射極E、第二NPN型三極管(46b)的發(fā)射極E、第三NPN型三極管(46c)的發(fā)射極E、第四NPN型三極管(46d)的發(fā)射極E共接地；第一NPN型三極管(46a)的基極B、第二NPN型三極管(46b)的基極B、第三NPN型三極管(46c)的基極B、第四NPN型三極管(46d)的基極B分別連接第一470Ω電阻(44a)、第二470Ω電阻(44b)、第三470Ω電阻(44c)、第四470Ω電阻(44d)，第一470Ω電阻(44a)、第二470Ω電阻(44b)、第三470Ω電阻(44c)、第四470Ω電阻(44d)的另一端分別與單片機微處理器(28)的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3相連。第一電磁閥(29a)、第二電磁閥(29b)、第三電磁閥(29c)、第四電磁閥(29d)進水口分別和第一進水接頭(48a)、第二進水接頭(48b)、第三進水接頭(48c)、第四進水接頭(48d)連接；第一電磁閥(29a)、第二電磁閥(29b)、第三電磁閥(29c)、第四電磁閥(29d)出水口分別和第一出水接頭(49a)、第二出水接頭(49b)、第三出水接頭(49c)、第四出水接頭(49d)連接；第一進水接頭(48a)、第二進水接頭(48b)、第三進水接頭(48c)、第四進水接頭(48d)分別和第一塑料進水管(34a)、第二塑料進水管(34b)、第三塑料進水管(34c)、第四塑料進水管(34d)相連，第一塑料進水管(34a)、第二塑料進水管(34b)、第三塑料進水管(34c)、第四塑料進水管(34d)的另外一端連到裝置總水源(47)；第一出水接頭(49a)、第二出水接頭(49b)、第三出水接頭(49c)、第四出水接頭(49d)分別和第一塑料出水管(35a)、第二塑料出水管(35b)、第三塑料出水管(35c)、第四塑料出水管(35d)連接；第一塑料出水管(35a)、第二塑料出水管(35b)、第三塑料出水管(35c)、第四塑料出水管(35d)的另一端分別與第一金屬飲水管(30a)、第二金屬飲水管(30b)、第三金屬飲水管(30c)、第四金屬飲水管(30d)連接。
2.根據權利要求1所述的一種大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)，其特征在于所述 的訓練圓筒(15)底部裝有第一內凹的支架腳(14a)、第二內凹的支架腳(14b)、第三內凹 的支架腳(14c)、第四內凹的支架腳(14d)。訓練圓筒(15)的底部裝有直徑36cm的底部 中空圓盤(16)，底部中空圓盤(16)擱在底部內凹的第一支架腳(14a)、內凹的第二支架腳 (14b)、內凹的第三支架腳(14c)、內凹的第三支架腳(14d)上；底部中空圓盤(16)中間有10cm的底部中空圓盤中心圓孔(17)，中空圓盤中心圓孔(17)擱在開關陣列(43)上的直 徑為10cm的踩踏板(18)，在離訓練圓筒(15)外底部有四個直徑8cm的第一圓筒外壁圓孔 (37a)、第二圓筒外壁圓孔(37b)、第三圓筒外壁圓孔(37c)、第四圓筒外壁圓孔(37d)，第一 外臂(19a)、第二外臂(19b)、第三外臂(19c)、第四外臂(19d)的底部與底部中空圓盤(16) 在同一水平面上。
3.根據權利要求1所述的一種大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)，其特征在于所述 的訓練圓筒(15)包括第一外延展臂(15a)、第二外延展臂(15b)、第三外延展臂(15c)、第四 外延展臂(15d)，第一外延展臂(15a)、第二外延展臂(15b)、第三外延展臂(15c)、第四外延 展臂(15d)分別與第一外臂(19a)、第二外臂(19b)、第三外臂(19c)、第四外臂19d相連， 在第一外延展臂(15a)、第二外延展臂(15b)、第三外延展臂(15c)、第四外延展臂(15d)頂 端的對稱軸上裝有第一傳感器插孔(40a)、第二傳感器插孔(40b)、第三傳感器插孔(40c)、 第四傳感器插孔(40d)，在靠近第一外延展臂支腳(39a)、第二外延展臂支腳(39b)、第三外 延展臂支腳(39c)、第四外延展臂支腳(39d)端的頂部的對稱軸上分別裝有第一金屬飲水 管插孔(41a)、第二金屬飲水管插孔(41b)、第三金屬飲水管插孔(41c)、第四金屬飲水管插 孔(41d)，第一外延展臂(15a)、第二外延展臂(15b)、第三外延展臂(15c)、第四外延展臂 (15d)的下端分別與第一外延展臂支腳(39a)、第二外延展臂支腳(39b)、第三外延展臂支 腳(39c)、第四外延展臂支腳(39d)相連。
4.根據權利要求1所述的一種大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)，其特征在于所 述的雙線索顯示單元(2)包括正方形隔板(6)、套鎖(7)、轉動盤(8)、轉動盤凹槽(9)、 金屬圓片(10)、定標角(11)、氙燈光源(50)、四分叉光纖(51)、偏振膜(52)、藍色濾色片 QB29(53)、綠色濾色片LB1(54)，第一步進電機(12a)、第二步進電機(12b)、第三步進電機 (12c)、第四步進電機(12d)的轉動軸分別用螺絲與第一套鎖(7a)、第二套鎖(7b)、第三套 鎖(7c)、第四套鎖(7d)固定，第一套鎖(7a)、第二套鎖(7b)、第三套鎖(7c)、第四套鎖(7d) 的兩翼分別與第一轉動盤(8a)、第二轉動盤(8b)、第三轉動盤(8c)、第四轉動盤(8d)、第 一金屬圓片(10a)、第二金屬圓片(10b)、第三金屬圓片(10c)、第四金屬圓片(10d)用螺 絲固定，在第一轉動盤(8a)、第二轉動盤(8b)、第三轉動盤(8c)、第四轉動盤(8d)上各有 兩個互成120°的第一正方形凹槽(9al)、第二正方形凹槽(9a2)、第三正方形凹槽(9bl)、 第四正方形凹槽(％2)、第五正方形凹槽(9cl)、第六正方形凹槽(9c2)、第七正方形凹槽 (9dl)、第八正方形凹槽(9d2)，第一正方形凹槽(9al)、第三正方形凹槽(9bl)、第五正方形 凹槽(9cl)、第七正方形凹槽(9dl)放置藍色濾色片QB29(53)，藍色濾色片QB29 (53)是兩 片互成角度的第一偏振膜(52a)、第二正方形凹槽(9a2)、第四正方形凹槽(9b2)、第六正方 形凹槽(9c2)、第八正方形凹槽(9d2)放置綠色濾色片LB1(54)，綠色濾色片LB1 (54)兩片 互成角度的偏振膜(52b)，在第一正方形凹槽(9al)、第二正方形凹槽(9a2)，第三正方形凹 槽(％1)、第四正方形凹槽(％2)、第三正方形凹槽(9cl)、第六正方形凹槽(9c2)、第七正 方形凹槽(9dl)、第八正方形凹槽(9d2)的上下底邊分別與第一轉動盤(8a)的第一定標角 (llal)、第二定標角(llbl)、第二轉動盤(8b)的第一定標角(lla2)、第二定標角(llb2)、 第三轉動盤(8c)的第一定標角(lla3)、第二定標角(lb3)、第四轉動盤(8d)的第一定標角 (lla4)、第二定標角(llb4)的角平分線相垂直，在第一正方形凹槽(9al)、第三正方形凹槽 (%1)、第五正方形凹槽(9cl)、第七正方形凹槽(9dl)上分別覆蓋第一正方形隔板(6al)、第三正方形隔板(6bl)、第五正方形隔板(6cl)、第七正方形隔板(6dl)，在第二正方形凹 槽(9a2)、第四正方形凹槽(％2)、第六正方形凹槽(9c2)、第八正方形凹槽(9d2)上分別覆 蓋第二正方形隔板(6a2)、第四正方形隔板(6b2)、第六正方形隔板(6c2)、第八正方形隔板 (6d2)，第一正方形隔板(6al)、第二正方形隔板(6a2)、第三正方形隔板(6bl)、第四正方形 隔板(6b2)、第五正方形隔板(6cl)、第六正方形隔板(6c2)、第七正方形隔板(6dl)、第八正 方形隔板(6d2)分別蓋住第一正方形凹槽(9al)、第二正方形凹槽(9a2)、第三正方形凹槽 (9bl)、第四正方形凹槽(％2)、第五正方形凹槽(9cl)、第六正方形凹槽(9c2)、第七正方形 凹槽(9dl)、第八正方形凹槽(9d2)并分別與第一轉動盤(8a)、第二轉動盤(8b)、第三轉動 盤(8c)、第四轉動盤(8d)之間通過螺絲固定。
5.根據權利要求1所述的一種大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)，其特征在于所述 的雙線索顯示單元(2)中第一轉動盤(11a)、第二轉動盤(lib)、第三轉動盤(11c)、第四轉 動盤(lid)采用第一套鎖(7a)、第二套鎖(7b)、第三套鎖(7c)、第圖套鎖(7d)和第一金屬 圓片(10a)、第二金屬圓片(10b)、第三金屬圓片(10c)、第四金屬圓片(10d)用螺絲分別與 第一步進電機(12a)、第二步進電機(12b)、第三步進電機(12c)、第四步進電機(12d)的轉 動軸連接。
6.根據權利要求1所述的一種大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)，其特征在于所述 的雙線索顯示單元(2)中采取氙燈光源(50)為白色光，氙燈光源(50)與四分叉光纖(51) 相連。
7.根據權利要求1所述的一種大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)，其特征在于所述 的雙線索顯示單元(2)中白色光源為氙燈光源(50)，氙燈的譜線從200nm到2000nm的的連 續(xù)光譜，覆蓋了整個可見光區(qū)。
8.根據權利要求1所述的一種大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)，其特征在于所述 的白光LED(56)與單片機微處理器(28)相連，外臂(19)的尺寸比外臂延展臂(20)小，在 外延展臂(20)上有螺絲孔，螺絲通過螺絲孔插入外臂(19)頂端圓筒外臂小凹槽(22)中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大鼠雙視覺線索訓練檢測實驗系統(tǒng)，電機驅動單元中(1)中的步進電機依次分別與步進電機驅動器連接，步進電機驅動器的接線口依次分別接步進電機的A相繞組的正負端正負端，步進電機驅動器依次分別接步進電機正負端、步進電機轉動軸分別通過套鎖插入到轉動盤中，轉動盤的前端的中心分別連接金屬圓片，步進電機的轉動軸分別穿過金屬圓片，轉動盤與套鎖固定，步進電機驅動器分別連接恒壓電源，步進電機驅動器的接口與單片機微處理器的相連，步進電機驅動器的接口與單片機微處理器相連，步進電機驅動器接口與外接恒壓電源的正負極相連。操作簡單并且自動化，檢測穩(wěn)定，數據準確，易于清掃以及故障排查。
文檔編號A01K15/02GK101828529SQ20101011295
公開日2010年9月15日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權日2010年1月29日
發(fā)明者喬飛, 李少蕊, 李昭, 秦工, 雷皓 申請人:中國科學院武漢物理與數學研究所