实验鼠温度性位置偏爱行为的自动跟踪方法

摘要

本发明涉及实验鼠温度性位置偏爱行为的自动跟踪方法，至少包括：实验鼠温度刺激通道，实验鼠温度刺激通道被分割成不同温度区，不同温度区有加温板和加温板温度传感器，不同温度区的温度区分界线左右感应条，加温板通过加热控制电路与处理单元电连接，处理单元通过信号线与加温板温度传感器、分界线右感应条、分界线左感应条分别电连接；处理单元通过人机接口将不同温度区设定在某一温度点上，处理单元通过加热控制电路控制加热，使对应的温度区温度控制在需要的温度场；不同温度区的温度区分界线通过分界线右感应条和分界线左感应条分辨出实验鼠通过时的方向，并通过记录时间给出实验鼠在不同时间所在温度区的时间，进一步了解实验鼠的温度偏好行为。

说明书

技术领域

  本发明属于医学动物实验行为学自动观察方法，具体涉及实验鼠温度性位置偏爱行为的自动跟踪方法。

背景技术

疼痛是一种与潜在和实际组织损伤相关的不愉快的感觉和情感经历。在生理情况下动物受到伤害性刺激时，通常会即刻产生快速的躲避或防御性反应行为，称为急性痛反应。慢性痛模型和痛行为学检测方法。也有人把慢性疼痛比喻为一种不死的癌症。慢性痛患者表现为自发痛 (spontaneous pain)，痛觉过敏(hyperalgesia)和触诱发痛（allodynia，又称异常性疼痛）。自发痛又称持续性痛(ongoing pain)，是指无刺激作用机体所表现出来的疼痛，其疼痛性质也多种多样，如烧灼，电击样或钝痛等。痛觉过敏包括机械和热痛觉过敏。机械痛觉过敏通常指引起轻微刺痛的机械性刺激引起的强烈持续性痛觉，即是说对机械痛刺激的反应强度明显增大。而热痛觉过敏是受累皮肤的热痛阈值显著降低或者热痛反应程度显著增强。异常性疼痛是指原先的非痛机械、冷和热刺激，如触摸、轻压等，却可以引起明确的疼痛反应。其中这种非痛刺激诱发的疼痛是带状疱疹后神经病理性痛和战伤后灼性痛的显著症状【1】。目前关于异常性疼痛（allodynia）研究主要集中于机械刺激所产生的触诱发痛【2】，而对温度（热或者冷）刺激引起的异常疼痛缺乏研究，主要原因之一是缺乏检测温度性异常疼痛的有效手段。

检测温度性异常疼痛的问题和难点是如何选择到合适的非痛性温度刺激区间和客观地观察动物对不同温度的感受。传统的冷、热板检测方法仅能检测动物对单一温度刺激的反应，很难观察动物对不同温度产生敏感性降低的温度区间。传统的动物冷刺激异常痛觉的测定，是采用丙酮实验，但是不以准确测量动物滴加丙酮后局部皮肤温度【3】。最近有研究表明，采用计算机设计动态改变冷热板温度和利用不同的温度板（固定温度）观察动物对温度板的偏好行为来检测动物的温度性（冷和热刺激）的异常痛觉的改变【5，6】。他们的方法如下：将大鼠置于温度逃跑系统（(Polyscience circulating bath model 9105公司，美国）中 → 测试之前要接受进行至少4天的训练，在训练中，前两次的底板温度设置在38℃，后两次训练的底板温度分别设置在20℃和40℃ → 温度偏好试验时间持续300s，测试的刺激温度设定在15℃和 45℃。小鼠的四只足全部进入另一隔室就认定完成一次穿梭。靠人来记录停留45℃一侧的总时间以及在两个隔室之间的穿梭次数。

这种测量方法存的缺陷：                                                仅测量动物对两个温度（15和45℃）刺激的反应； 观察过程中实验人员需要通过实时记录时间和在两个隔室之间的穿梭次数，这样就会增加很多额外的工作量而且引入了另一个主观测量误差因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种实验鼠温度性位置偏爱行为的自动跟踪方法，以便对大、小鼠温度性位置偏爱行为分析自动化，减轻实验人员的负担；为研究慢性痛大鼠和小鼠温度性位置偏爱行为提供可靠数据，并可以广泛应用于临床药物的筛选。

本发明的目的是这样实现的，实验鼠温度性位置偏爱行为的自动跟踪方法，其特征是：至少包括：实验鼠温度刺激通道，实验鼠温度刺激通道被分割成不同温度区，不同温度区有加温板和加温板温度传感器，不同温度区的温度区分界线左右感应条，加温板通过加热控制电路与处理单元电连接，处理单元通过信号线与加温板温度传感器、分界线右感应条、分界线左感应条分别电连接；处理单元通过人机接口将不同温度区设定在某一温度点上，处理单元通过加热控制电路控制加热，使对应的温度区温度控制在需要的温度场；不同温度区的温度区分界线通过分界线右感应条和分界线左感应条分辨出实验鼠通过时的方向，重而确认实验鼠所在的温度区，并通过记录时间给出实验鼠在不同时间所在温度区的时间，进一步了解实验鼠的温度偏好行为。

所述的加温板是通过在加温板内层均匀盘绕电阻丝，通过控制通过电阻丝的电流实现温度区的温度控制。

所述的分界线右感应条和分界线左感应条采用电容感应传感器，实验鼠通过分界线右感应条和分界线左感应条时，分界线右感应条和分界线左感应条会产生电信号；通过分界线右感应条和分界线左感应条感应时间的先后时序确定实验鼠所在的温度区。

所述的处理单元包括：处理器、多通道温度测量单元、多通道温度区分界线检测单元和多通道温控单元、存贮器和USB接口；多通道温度测量单元、多通道温度区分界线检测单元和多通道温控单元、存贮器和USBR接口分别与处理器通过接口电连接；在实验鼠温度刺激通道的第一温度区、第二温度区、第三温度区、第四温度区分别有加温板温度传感器，加温板温度传感器进入多通道温度测量单元后，由多通道温度测量单元进行温度采集和数字化，然后通过接口传送给处理器处理；在实验鼠温度刺激通道的第一温度区、第二温度区、第三温度区、第四温度区之间有温度区分界线，温度区分界线前后有分界线左感应条和分界线右感应条，通过多通道温度区分界线检测单元对分界线左感应条和分界线右感应条进行循环检测，当有实验鼠通过，多通道温度区分界线检测单元将检测结果送处理器进行处理；USB接口用于与上位机计算显示单元串口连接，通过计算显示单元进行参数设定和控制设定，设定参数通过USB接口输入到存贮器，存贮器采用24c16；处理器采用ARM7或带AD单片机。

所述的多通道温控单元采用热阻丝盘绕在刺激通道层，第一温度区、第二温度区、第三温度区、第四温度区分别有独立的热阻丝，热阻丝由继电器控制220V工作。

本发明的原理及特点是：将大鼠置于两室温度逃跑系统中 → 测试之前要接受进行至少4天的训练，在训练中，两室底板温度分别均设置在20℃→ 温度偏好试验时间持续600s，测试的刺激温度设定在20和25℃，25 和30℃，30和 35℃，35和 40℃，40 和45℃。小鼠的四只足全部进入另一隔室就认定完成一次穿梭。记录停留每一侧的总时间。由于该系统能够动态实时检测大、小鼠温度性位置偏爱行为，可以广泛应用于中枢和外周感觉系统功能研究领域、慢性痛温度性位置偏爱行为监测以及临床药物的筛选。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例原理图；

图2是处理单元原理框图。

图中，1、第一温度区；2、第二温度区；3、第三温度区；4、第四温度区；5、实验鼠温度刺激通道；6、刺激通道层；7、处理单元；8、计算显示单元；9、支撑座；10、加温板；11、加温板温度传感器；12、温度区分界线；13、分界线右感应条；14、分界线左感应条；15、实验鼠。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，实验鼠温度性位置偏爱行为自动跟踪方法，包括：实验鼠温度刺激通道5，实验鼠温度刺激通道5被分割成4个温度区，4个温度区都有加温板10和加温板温度传感器11，4个温度区的温度区分界线12左右有感应条，加温板10通过加热控制电路101与处理单元7电连接，处理单元7通过信号线与加温板温度传感器11、分界线右感应条13、分界线左感应条14分别电连接；处理单元7通过人机接口102将不同温度区设定在某一温度点上，处理单元7通过加热控制电路101控制加热，使对应的温度区温度控制在需要的温度场；4个温度区的温度区分界线12左右的感应条能分辨出实验鼠15通过时的方向，重而确认实验鼠15所在的温度区，并通过记录时间给出实验鼠15在不同时间所在温度区的时间，进一步了解实验鼠15的温度偏好行为。

加温板10是通过在加温板10内层均匀盘绕电阻丝，通过控制通过电阻丝的电流实现温度区的温度控制。

感应条采用电容感应传感器，实验鼠15通过感应条时，感应条会产生电信号，通过分界线右感应条13和分界线左感应条14感应时间的先后时序确定实验鼠15所在的温度区。

如图2所示，处理单元7包括：处理器701、多通道温度测量单元702、多通道温度区分界线检测单元703和多通道温控单元704、存贮器705和USB接口706；多通道温度测量单元702、多通道温度区分界线检测单元703和多通道温控单元704、存贮器705和USBR接口706分别与处理器701通过接口电连接；在实验鼠温度刺激通道5的第一温度区1、第二温度区2、第三温度区3、第四温度区4分别有、加温板温度传感器11（T1、T2、T3、T4），加温板温度传感器11（T1、T2、T3、T4）进入多通道温度测量单元702后，由多通道温度测量单元702进行温度采集和数字化，然后通过接口传送给处理器701处理。在实验鼠温度刺激通道5的第一温度区1、第二温度区2、第三温度区3、第四温度区4之间有温度区分界线12，温度区分界线12前后有分界线左感应条14和分界线右感应条13（共有6条感应条）6条感应条通过多通道温度区分界线检测单元703进行循环检测，如有实验鼠15通过，多通道温度区分界线检测单元703将检测结果送处理器701进行处理。USB接口706用于与上位机计算显示单元8串口连接，通过计算显示单元8进行参数设定和控制设定，如温度区温度设定，报警设定。设定参数通过USB接口706输入到存贮器705，存贮器705采用24c16。处理器采用ARM7或带AD单片机。

多通道温控单元704采用热阻丝盘绕在刺激通道层6，第一温度区1、第二温度区2、第三温度区3、第四温度区4分别有独立的热阻丝R1、R2、R3、R4，热阻丝由继电器控制220V工作。

将大鼠置于实验鼠温度刺激通道5中 → 测试之前要接受进行至少4天的训练，在训练中，第一温度区1、第二温度区2、第三温度区3、第四温度区4的加温板10温度分别均设置在20℃→25℃ 温度偏好试验时间持续600s，测试的刺激温度设定在20和25℃，25 和30℃，30和 35℃，35和 40℃。然后将第一温度区1温度设置在20和25℃，将第二温度区2温度设置25 和30℃，第三温度区3温度设置在30和 35℃，第四温度区4温度设置在35和 40℃。将实验鼠15放置在实验鼠温度刺激通道5中，观测温度偏好试验结果。

实施例2

实验鼠温度性位置偏爱行为的自动跟踪方法，包括：实验鼠温度刺激通道5，实验鼠温度刺激通道5被分割成2个温度区，2个温度区都有加温板10和加温板温度传感器11，2个温度区的温度区分界线12左右有感应条，加温板10通过加热控制电路101与处理单元7电连接，处理单元7通过信号线与加温板温度传感器11、分界线右感应条13、分界线左感应条14分别电连接；处理单元7通过人机接口102将不同温度区设定在某一温度点上，处理单元7通过加热控制电路101控制加热，使对应的温度区温度控制在需要的温度场；2个温度区的温度区分界线12左右的感应条能分辨出实验鼠15通过时的方向，重而确认实验鼠15所在的温度区，并通过记录时间给出实验鼠15在不同时间所在温度区的时间，进一步了解实验鼠15的温度偏好。

与实施例1不同的是实施例2实验鼠温度刺激通道5被分割成2个温度区。

实施例3

实验鼠温度性位置偏爱行为的自动跟踪方法，包括：实验鼠温度刺激通道5，实验鼠温度刺激通道5被分割成3个温度区，3个温度区都有加温板10和加温板温度传感器11，3个温度区的温度区分界线12左右有感应条，加温板10通过加热控制电路101与处理单元7电连接，处理单元7通过信号线与加温板温度传感器11、分界线右感应条13、分界线左感应条14分别电连接；处理单元7通过人机接口102将不同温度区设定在某一温度点上，处理单元7通过加热控制电路101控制加热，使对应的温度区温度控制在需要的温度场；3个温度区的温度区分界线12左右的感应条能分辨出实验鼠15通过时的方向，重而确认实验鼠15所在的温度区，并通过记录时间给出实验鼠15在不同时间所在温度区的时间，进一步了解实验鼠15的温度偏好。

与实施例1和实施例2不同的是实施例3实验鼠温度刺激通道5被分割成3个温度区。实验鼠温度刺激通道5被分割成2-4个温度区，可以根据具体实验内容决定。

本发明中加热控制电路701采用单片机或arm7处理器，分界线检测单元703和多通道温度测量单元702采用多路模拟开关电路，通过单片机或arm7处理器对多路模拟开关电路进行选择，对每一路温度传感器和分界线右感应条13、分界线左感应条14进行循环检测。