动物视听觉整合能力的方法及系统

技术领域

本申请涉及行为学分析技术领域，特别涉及一种动物视听觉整合能力的方法及系统。

背景技术

复杂的自然环境中包含着各种各样的刺激动物不同感官的信号，而多感觉通路之间的叠加、互补是提高对这些感觉信息的敏感度的最有效的方法之一。尤其是当单一模态的信息微弱模糊时，多感觉整合的作用更加显著而重要。但是，现有的大部分神经科学研究装置和范式都是基于单模态感官刺激进行的，与动物在自然环境中接收和分析多源刺激信息的条件相去甚远。

视听觉整合异常也是孤独症、抑郁症等精神疾病患者中常见的临床表现之一，所以视听觉整合能力的评价也是认知神经科学、心理学和临床研究中常用的神经精神障碍诊断方法。

专利公开号为CN110278884A的专利文献“动物本能恐惧行为检测装置及检测方法”只能对动物发出视觉信号并诱发其本能防御反应，无法同时给出视觉和听觉的多模态刺激，且未能提供准确的刺激参数供定量分析。

其他研究小动物视听觉整合能力的实验范式都需对实验对象进行长达数月的任务训练，实验时程长、不可控因素多。且基于长时间训练的行为输出多依赖学习和记忆等大脑高级认知功能，不能反映视听觉信息整合这一动物与生俱来的、具有高度物种保守性的能力。

发明内容

鉴于此，有必要针对现有技术中存在的缺陷提供一种以动物的本能行为为输出的动物视听觉整合能力的方法及系统。

为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

本申请目的之一，提供了一种动物视听觉整合能力的方法，包括下述步骤：

获取待检测动物在视觉刺激下的反应；

获取待检测动物在听觉刺激下的反应；

获取所述待检测动物在视听觉整合刺激下的反应；

评价所述待检测动物的视听觉整合能力。

在其中一些实施例中，在获取待检测动物在视觉刺激下的反应的步骤中，具体包括下述步骤：

通过显示屏上显示的图形作为视觉刺激，获取待检测动物在视觉刺激下的反应。

在其中一些实施例中，在通过显示屏上显示的图形刺激获取待检测动物在视觉刺激下的反应的步骤中，具体包括下述步骤：

以250ms为一个变化周期，周期间隔50ms，周期数15次，总刺激时长为4.5s；当显示屏上灰色背景(R 180，G 180，B 180)上逐渐扩大的黑色(R0，G 0，B0)阴影圆盘，以动物眼部位置到所述显示屏呈现出的圆盘边缘夹角计，每变化周期内从0°扩大到20°，扩大速度为80°/s，获取所述待检测动物的反应。

在其中一些实施例中，在获取待检测动物在听觉刺激下的反应的步骤中，具体包括下述步骤：

通过扬声器给出的声音作为听觉刺激，获取待检测动物在听觉刺激下的反应，所述声音包括不同声强的纯音、白噪声、频率逐渐升高或降低的扫频声以及预先录制的自然环境声。

在其中一些实施例中，在通过扬声器给出的声音刺激获取待检测动物在听觉刺激下的反应的步骤中，具体包括下述步骤：

以250ms为一个变化周期，周期间隔50ms，周期数15次，总刺激时长为4.5s；以待检测动物活动区域的中心为测定点，所述扬声器的频率每个变化周期内从17kHz升高到20kHz，声强维持恒定的60dB SPL，获取所述待检测动物的反应。

在其中一些实施例中，在获取所述待检测动物在视听觉整合刺激下的反应的步骤中，具体包括下述步骤：

使所述视觉刺激及所述听觉刺激同时给出，且保证所述视觉刺激及所述听觉刺激开始时间、变化周期相位和结束时间一致。

在其中一些实施例中，在评价待检测动物的视听觉整合能力的步骤中，具体包括下述步骤：

通过摄像机获取所述待检测动物在所述视觉刺激、所述听觉刺激以及所述整合刺激下发生的本能防御逃跑反应中的反应参数评价待检测动物的视听觉整合能力，所述反应参数包括最大逃跑速度、反应时间、逃跑路程距离。

本申请目的之二，提供了一种动物视听觉整合能力的系统，包括设置于动物活动区域上方的显示屏、设置于所述动物活动区域内的摄像机和扬声器、以及计算机，所述显示屏可提供位于所述动物活动区域内动物的视觉刺激，所述扬声器可提供位于所述动物活动区域内动物的听觉刺激，所述摄像机可获取位于所述动物活动区域内动物的行为，所述显示屏、所述摄像机及所述扬声器均电性连接所述计算机。

本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：

本申请提供的检测动物视听觉整合能力的方法、系统及计算机设备，通过获取待检测动物在视觉刺激下的反应，获取待检测动物在听觉刺激下的反应，获取所述待检测动物在视听觉整合刺激下的反应，评价所述待检测动物的视听觉整合能力，本申请提供的检测动物视听觉整合能力的方法、系统及计算机设备，以动物的本能行为为输出，不需对动物进行训练，降低了实验时间成本且视觉刺激、听觉刺激和视听觉整合双模态刺激条件，能够有效诱发动物的本能防御逃跑反应，使实验结果稳定可靠；对动物的视听觉整合能力的高效检测能够作为以人为实验对象的视听觉整合能力评价方案的补充，方便地对动物进行手术、神经调控等操作，极大地帮助人类精神疾病神经机制的研究。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的检测动物视听觉整合能力的方法的步骤流程图。

图2为本申请实施例提供的用于评价动物视听觉整合能力的刺激条件设计示意图。

图3为本申请实施例提供的动物视听觉整合能力的系统的结构示意图。

图4为本申请实施例提供的一次动物视听觉整合能力检测的实验流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”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该特征。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。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。

请参阅图1，本申请一实施例提供的一种检测动物视听觉整合能力的方法的步骤流程图，包括下述步骤S110至步骤S140，以下详细说明各个步骤的实现方式。

步骤S110：获取待检测动物在视觉刺激下的反应。

在本实施例中，在其中一些实施例中，在获取待检测动物在视觉刺激下的反应的步骤中，具体包括下述步骤：通过显示屏上显示的图形作为视觉刺激，获取待检测动物在视觉刺激下的反应。

在其中一些实施例中，在通过显示屏上显示的图形作为视觉刺激获取待检测动物在视觉刺激下的反应的步骤中，具体包括下述步骤：

以250ms为一个变化周期，周期间隔50ms，周期数15次，总刺激时长为4.5s，可以下式表示：(250ms+50ms)×15＝4.5s；当显示屏上灰色背景(R 180，G 180，B 180)上逐渐扩大的黑色(R 0，G 0，B0)阴影圆盘，以动物眼部位置到所述显示屏呈现出的圆盘边缘夹角计，每变化周期内从0°扩大到20°，扩大速度为80°/s，获取所述待检测动物的反应。

可以理解，在上述视觉刺激下，能够诱发小动物本能防御逃跑反应。

步骤S120：获取待检测动物的在听觉刺激下的反应。

在其中一些实施例中，在获取待检测动物在听觉刺激下的反应的步骤中，具体包括下述步骤：

通过扬声器给出的声音作为听觉刺激获取待检测动物在听觉刺激下的反应，所述声音包括不同声强的纯音、白噪声、频率逐渐升高或降低的扫频声以及预先录制的自然环境声。

在其中一些实施例中，在通过扬声器给出的声音刺激下获取待检测动物在听觉刺激下的反应的步骤中，具体包括下述步骤：

以250ms为一个变化周期，周期间隔50ms，周期数15次，总刺激时长为4.5s，可以下式表示：(250ms+50ms)×15＝4.5s；以待检测动物活动区域的中心为测定点，所述扬声器的频率每个变化周期内从17kHz升高到20kHz，声强维持恒定的60dB SPL，获取所述待检测动物的反应。

可以理解，在上述听觉刺激下，能够诱发小动物本能防御逃跑反应。

请参阅图2，是用于评价动物视听觉整合能力的刺激条件设计示意图，包括视觉刺激和听觉刺激两种模态。当动物以较低速度运动或静止在活动区域的中央部分时，可根据控制软件设计自动或手动触发单独或整合的视觉、听觉刺激。

可以理解，本发明上述实施例中单独的视觉和听觉刺激都模拟了自然界中物体快速迫近的特征(视觉阴影扩大、听觉频率升高)，均能够诱发小动物的本能防御逃跑反应。

步骤S130：获取所述待检测动物在视听觉整合刺激下的反应。

在其中一些实施例中，在获取所述待检测动物在视听觉整合刺激下的反应的步骤中，具体包括下述步骤：使所述视觉刺激及所述听觉刺激同时给出，且保证所述视觉刺激及所述听觉刺激开始时间、变化周期相位和结束时间一致。

可以理解，本实施例中视听觉整合刺激中视觉、听觉刺激的开始时间、变化周期、持续时长严格一致是准确评价动物视听觉整合能力的关键。

可以理解，本发明上述实施例中的视觉刺激及听觉刺激的特征参数如变化范围、变化周期、周期间隔、周期数和总刺激时长等，均可根据具体实验要求调整。如果在视听觉整合刺激中加入单模态刺激间的时间差，即视觉刺激开始x秒后听觉刺激开始，或听觉刺激开始x秒后视觉刺激再开始，可通过与无时间差的整合刺激下小动物的本能逃跑反应对比，研究视听觉整合中的时间窗效应。

步骤S140：评价待检测动物的视听觉整合能力。

在其中一些实施例中，在评价待检测动物的视听觉整合能力的步骤中，具体包括下述步骤：通过摄像机获取所述待检测动物在所述视觉刺激、所述听觉刺激以及所述整合刺激下发生的本能防御逃跑反应中的反应参数评价待检测动物的视听觉整合能力，所述反应参数包括最大逃跑速度、反应时间、逃跑路程距离。

需要说明的是：对于每只实验动物，视觉单独刺激、听觉单独刺激和视听觉整合刺激均只给出一次，且顺序随机，以保证对多只实验动物的统计结果不受刺激顺序的影响。

可以理解，所述待检测动物在所述视觉刺激、所述听觉刺激以及所述整合刺激下发生的本能防御逃跑反应中的反应参数，以及通过对同组实验动物相同刺激后发生逃跑反应行为的比例进行统计分析，评价实验对象的视听觉整合能力，且对动物的视听觉整合能力的高效检测能够作为以人为实验对象的视听觉整合能力评价方案的补充，方便地对动物进行手术、神经调控等操作，极大地帮助人类精神疾病神经机制的研究。

本申请上述实施例提供的检测动物视听觉整合能力的方法、以动物的本能行为为输出，不需对动物进行训练，降低了实验时间成本且视觉刺激、听觉刺激和视听觉整合双模态刺激条件，能够有效诱发动物的本能防御逃跑反应，使实验结果稳定可靠；对动物的视听觉整合能力的高效检测能够作为以人为实验对象的视听觉整合能力评价方案的补充，方便地对动物进行手术、神经调控等操作，极大地帮助人类精神疾病神经机制的研究。

请参阅附图3，为本实施例提供的动物视听觉整合能力的系统，包括设置于底板上动物活动区域上方的显示屏110、设置于所述动物活动区域内的摄像机120和扬声器130、以及计算机140，所述显示屏110可获取位于所述动物活动区域内动物的视觉刺激，所述扬声器130可获取位于所述动物活动区域内动物的听觉刺激，所述摄像机120可获取位于所述动物活动区域内动物的行为，所述显示屏110、所述摄像机120及所述扬声器130均电性连接所述计算机。

本实施例2提供的动物视听觉整合能力的系统，其详细的技术方案可参见实施例1，这里不再赘述。

本申请上述实施例提供的检测动物视听觉整合能力的系统、以动物的本能行为为输出，不需对动物进行训练，降低了实验时间成本且视觉刺激、听觉刺激和视听觉整合双模态刺激条件，能够有效诱发动物的本能防御逃跑反应，使实验结果稳定可靠；对动物的视听觉整合能力的高效检测能够作为以人为实验对象的视听觉整合能力评价方案的补充，方便地对动物进行手术、神经调控等操作，极大地帮助人类精神疾病神经机制的研究。

以下结合具体实施例进行说明。

图4是一次小动物视听觉整合能力检测的实验流程示意图，每次实验总时长不超过30分钟。实验开始时，将实验动物(每次限1只)放进动物活动区域，使其自由探索适应5分钟。适应期结束后，当动物以较低速度运动或静止在活动区域的中央部分时，触发单独视觉、单独听觉或视听觉整合刺激。对于每只实验动物，都应给出3种模态刺激各一次，顺序随机，且在每次刺激触发后设置3分钟不应期，即在3分钟内小动物运动状态若达到触发条件，刺激信号不会再次给出。在整个测试30分钟内，刺激触发的次数应小于等于3次：当触发次数达到3次后，不论总实验时间多长，最后一次触发后3分钟实验停止，可将实验动物取出；若30分钟内触发未达到3次，实验也停止。

实验结束后，通过分析摄像机记录的刺激引发的动物本能逃跑行为，比较视听觉双模态整合刺激下与视觉、听觉单模态刺激下动物出现逃跑反应的比例、最大逃跑速度、反应时间、逃跑路程距离比等参数的差异，评价实验动物的视听觉整合能力。

本实施例中测试的实验对象除了野生型小鼠外，可以使用各种疾病模型或进行过基因编辑的小动物模型；还可在视听觉整合行为测试同时对实验对象进行电生理记录和光遗传、化学遗传等手段操控，研究不同大脑区域或神经元类型在视听觉信息整合过程的作用。

可以理解，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，仅具体描述了本申请的技术原理，这些描述只是为了解释本申请的原理，不能以任何方式解释为对本申请保护范围的限制。基于此处解释，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本申请的其他具体实施方式，均应包含在本申请的保护范围之内。