一种用于头部固定动物行为任务的足底电击装置

技术领域

本发明涉及强迫性特征行为测量技术领域，特别涉及一种用于头部固定动物行为任务的足底电击装置。

背景技术

在现有的头部固定动物行为任务实验范式中，大多数实验人员通过“尾部电击”方式来给予动物电击疼痛的感觉信号。具体地，实验人员将一种电极接线片黏住动物的尾巴，或者用一种可导电的金属夹子夹住动物的尾巴，通过给电极接线片或金属夹子通电来实现动物的尾部电击。在条件性恐惧行为学范式中，实验人员通过给予中性的听觉刺激或嗅觉刺激，同时给予尾部电击，使动物将中性刺激与尾部电击匹配起来，从而形成对于中性刺激的条件性恐惧记忆。在穿梭箱回避行为学范式中，实验人员采用虚拟现实系统与尾部电击结合的方式。当动物在浮球上行走，到达虚拟现实系统场景中的“危险区域”时，实验人员就会给予尾部电击。当动物在浮球上逃跑，到达虚拟现实系统场景中的“安全区域”时，实验人员就会停止尾部电击。

然而，在现有的自由运动动物行为实验范式中，大多数实验人员通过“足底电击”方式来给予动物电击疼痛的感觉信号。在条件性恐惧行为学范式和穿梭箱回避行为学范式中，实验箱的地板都由足底电击板组成。在条件性恐惧行为学范式中，实验人员通过给予中性的听觉刺激或嗅觉刺激，同时给予足底电击，使动物将中性刺激与尾部电击匹配起来，从而形成对于中性刺激的条件性恐惧记忆。在穿梭箱回避行为学范式中，当动物在实验箱中行走，到达“危险区域”时，实验人员就会给予尾部电击。当动物在实验箱中逃跑，到达“安全区域”时，实验人员就会停止尾部电击。

如前所述，在现有的头部固定动物行为任务实验范式中，大多数实验人员通过“尾部电击”方式来给予动物电击疼痛的感觉信号。然而，在现有的自由运动动物行为实验范式中，大多数实验人员通过“足底电击”方式来给予动物电击疼痛的感觉信号。由于给予动物电击疼痛感觉信号的身体部位不同，因此介导“尾部电击”和“足底电击”疼痛感觉信号的神经环路不一致。这种情况会导致，实验人员在头部固定动物行为任务实验范式中解析出来的神经机制与自由运动动物行为实验范式中解析出来的神经机制有所偏差，从而不利于多种实验形式之间的相互验证。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的头部固定动物行为任务实验范式中解析出来的神经机制与自由运动动物行为实验范式中解析出来的神经机制有所偏差，从而不利于多种实验形式之间的相互验证的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于头部固定动物行为任务的足底电击装置，其包括：支撑件，旋转连接在支撑件上的足底电击器，足底电击器具有与水平面平行的旋转轴线，足底电击器可绕该旋转轴线旋转，支撑件通过足底电击器对实验动物进行支撑，足底电击器可在实验动物足部的驱动下旋转，足底电击器上方设置有用于固定实验动物头部的头部固定器。

进一步，足底电击器垂直于其旋转轴线的截面为圆形。

进一步，足底电击器为球体，包括分隔设置的正极半球和负极半球。

进一步，正极半球和负极半球之间设置有绝缘材料，正极半球和负极半球通过绝缘材料相连。

进一步，还包括电源和开关，正极半球表面上设置有若干个独立的电击区域，开关的数量与电击区域的数量对应，电源通过开关与若干个电击区域并联连接，正极半球上的若干个电击区域环绕旋转轴线设置且电击区域的边缘相互接壤，实验人员可选择的通过开关控制任一电击区域与电源的连接或断开。

进一步，电击区域内设置有若干个绕旋转轴线均匀间隔分布的金属条，金属条的一端均靠近负极半球，另一端均远离负极半球。

进一步，两个金属条之间设置有绝缘硬材质条，绝缘硬材质条的两端与相近的金属条抵接。

进一步，还包括与正极半球和负极半球一一对应的两个导电杆，导电杆的轴线与正极半球和负极半球的旋转轴线重合且与正极半球和负极半球固定连接，正极半球和负极半球通过导电杆设置在支撑件上，导电杆与电源电连接，电击区域与导电杆并联。

进一步，还包括控制器，控制器可以控制足底电击器的电流强度与通电时长。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：头部固定器和可旋转的足底电击器的设置保证了头部固定实验范式与自由运动试验范式中的无关变量的一致性，达到不同实验形式相互验证的效果。

附图说明

图1是本申请提供的足底电击装置使用状态的示意图。

图2是本申请提供的足底电击器的立体结构示意图。

附图标记说明如下：1、导电杆；2、正极半球；3、负极半球、4、缝隙；5、金属条；6、绝缘硬材质条；7、头部固定器；8、足底电击控制器；9、头部固定的动物。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

请参阅图1-2，为本实施例提供的一种用于头部固定动物行为任务的足底电击装置，包括传感器和足底电击器，传感器对动物大脑进行双光子成像或电生理记录，足底电击器具有与水平面平行的旋转轴线，足底电击器可绕该旋转轴线旋转，足底电击器的上方设置有用于固定实验动物头部的头部固定器7，在进行头部固定实验之前，实验人员可使用目前已有的技术将动物头部固定到头部固定器7上，同时，实验人员将动物的四只脚都平稳的放置在足底电击器上，使动物能够在足底电击器上正常地行走，当动物足底接受电击时，动物会感到电击导致的疼痛与恐惧，因此可能会表现出疯狂地向前跑或向后跑的行为，此时足底电击器在动物足部的驱动下顺时针或逆时针的旋转，经过一段时间以后，实验人员可以通过手动操作足底电击控制器，使足底电击器结束通电，在进行头部固定实验结束以后，实验人员将动物头部从头部固定器7上分离下来。

需要说明的是，头部固定器7只是作为一个固定动物头部的部件，本发明所要求保护的方案不涉及头部固定器7的具体结构，因此头部固定器7的具体结构在此不作赘述，头部固定器7可以固定设置在支撑件上(图中未示出)，也可以与外界的其他物体固定连接，能对动物的头部起到固定的作用即可。

在双光子成像或电生理记录等实验中，通过固定动物的头部，可以防止动物在实验过程中随意移动，从而使其保持清醒状态，以便对其大脑进行精确的观察和分析，同时，通过固定动物的头部，可以确保实验过程中动物的位置和姿态的稳定性，从而减少实验误差和干扰因素，并且头部固定器7可以大大地降低动物在运动的情况下传感器抖动导致的信号噪音，从而可以有效地提高信噪比，分析出神经元更加复杂多样的反应模式。

头部固定器7和可旋转的足底电击器的设置保证了头部固定实验范式与自由运动试验范式中的无关变量的一致性，达到不同实验形式相互验证的效果。

还包括支撑件和电源，足底电击器与电源的正负极相连，足底电击器旋转连接在支撑件上，支撑件可以是现有的支撑架，上文所述的传感器也可以是现有的，对于支撑架和传感器的具体设计，在此不作赘述。

足底电击器还包括与正极半球2和负极半球3一一对应的两个导电杆1，导电杆1的轴线与正极半球2和负极半球3的旋转轴线重合且与正极半球2和负极半球3固定连接，正极半球2和负极半球3通过导电杆1设置在支撑件上，导电杆1与电源连接。

为了方便动物在足底电击器上稳定的奔跑，足底电击器垂直于其旋转轴线的截面优选为圆形，足底电击器的几何形状可以是圆柱体(图中未示出)，也可以是球体，当足底电击器为圆柱体时，足底电击器包括相隔设置的第一圆柱体(图中未示出)和第二圆柱体(图中未示出)，第一圆柱体与电源的正极连接，第二圆柱体与电源的负极连接，实验时，动物位于第一圆柱体与第二圆柱体之间，动物一侧的两只脚与第一圆柱体接触，另一侧的两只脚与第二圆柱体接触；当足底电击器为球体时，足底电击器包括相隔设置的正极半球2和负极半球3，正极半球2与电源的正极连接，负极半球3与电源的负极连接，实验时，动物位于正极半球2与负极半球3之间，动物一侧的两只脚与正极半球2接触，另一侧的两只脚与负极半球3接触；足底电击器的几何形状优选为球体，球体的足底电击器相较于圆柱体的足底电击器体积更小，质量更轻，从而动物能更轻易的驱动足底电击器旋转，并且球形的设计能够更好地适应动物的足底形状，使动物的足底可以更好的与足底电击器贴合。

上述足底电击器并不局限于截面为圆形的几何物体，足底电击器还可以是含有平坦网格跑道的跑步机。网格跑道中与跑步机滚轮轴方向平行的条纹由导电硬材质金属条制成，与跑步机滚轮轴方向垂直的条纹由绝缘硬材质条制成。跑步机滚轮可双向旋转。

进一步，为了使相隔的正极半球2和负极半球3能同步旋转，上述正极半球2和负极半球3相连，具体的，上述正极半球2和负极半球3之间设置有绝缘材料，正极半球2和负极半球3通过绝缘材料相连。

作为本发明优选的实施例，足底电击器上设置有若干个电击区域，若干个电击区域围绕正极半球2和负极半球3的旋转轴线设置，电击区域与导电杆1并联，具体来说，电击区域设置在正极半球2上，实验人员可以控制电击区域与电源的连接或断开，实验时，正极半球2和负极半球3在动物的驱动下转动，转动过程中电击区域依次与动物足部接触，实验人员控制部分电击区域与电源连接，在正极半球2表面形成危险区域和安全区域，动物处于危险区域时会因足部受电击而奔跑，处于安全区域时，动物足部电击停止，由于脚部是动物直接感受电击疼痛感觉信号以及直接发起奔跑行为的身体部位，因此足底电击更有利于动物理解逃跑与回避电击之间的联系，从而更有利于动物学会通过逃跑来回避“危险区域”因此，电击区域的设计可以有效地提高实验效率；通过球体的足底电击器以及电击区域的设置，就能进行动物的回避行为学范式实验，无需借助虚拟现实技术就能设置危险区域和安全区域，还降低了实验成本，并且还可以选择性的控制部分电击区域的连接或断开，可以实现灵活调节危险区域和安全区域的面积的作用。

为了实现控制器可选择的控制任一电击区域与电源的连接或断开，还包括开关，开关的数量与电击区域的数量一一对应，电源通过开关与若干个电击区域并联连接，实验人员通过开关控制电击区域与电源的连接或断开。

进一步，还包括控制器，控制器可以是手动操作的控制器，也可以是电脑，控制器可以控制足底电击器的电流强度与通电时长；当控制器为电脑时，上文所述的开关为与控制器电连接的继电器，控制器通过控制继电器，实现电击区域断开或连接电路。

为了实现正极半球2上的电击区域可独立控制，上述正极半球2为绝缘材质制成的，电击区域内设置有若干个绕旋转轴线均匀间隔分布的金属条5，金属条5粘贴固定在正极半球2的表面上，金属条5的一端均靠近负极半球3，另一端均远离负极半球3，多个金属条5构成电击区域，与电击区域对应的开关可同时控制该区域内的金属条5与电源的连接或断开。

上述负极半球3表面可以是金属材质，也可以是绝缘材质，当负极半球3为绝缘材质时，负极半球3上也设置有若干个围绕其旋转轴线均匀间隔分布的金属条5，金属条5粘贴固定在负极半球3的表面上，金属条5的一端靠近正极半球2，另一端远离正极半球2。

进一步，作为优选的实施例，上述正极半球2或正极半球2与负极半球3上的两个金属条5之间固定设置有多个绝缘硬质条6，绝缘硬质条6的两端与相近的金属条5抵接，绝缘硬质条6使金属条5牢牢地固定在正极半球2上，可以避免金属条5因动物足部反复踩踏造成的松动。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。