新型自動(dòng)化昆蟲嗅覺記憶訓(xùn)練裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種研究昆蟲實(shí)驗(yàn)行為的裝置，尤其是一種研究果蠅嗅覺學(xué)習(xí)記憶訓(xùn)練的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]果蠅等昆蟲在神經(jīng)科學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域起到了重要的作用，特別是與學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域。由于果蠅具有敏銳的嗅覺和基于嗅覺的學(xué)習(xí)記憶模式，早在20世紀(jì)70年代，就有Benzer及其學(xué)生Quinn設(shè)計(jì)了果蠅嗅覺電擊逃避系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了測(cè)量果蠅嗅覺記憶的方法。20世紀(jì)80年代，Quinn和其學(xué)生Tully對(duì)訓(xùn)練方法進(jìn)行了改進(jìn)，將果蠅嗅覺記憶的結(jié)果定量化。
[0003]Quinn和Tully等人建立嗅覺記憶定量化方法遵循經(jīng)典的巴普洛夫條件反射原理，即利用果蠅T型迷宮，建立條件信號(hào)(氣味)與非條件信號(hào)(電擊)的關(guān)聯(lián)。訓(xùn)練階段，放入管道的果蠅，在受到懲罰性信號(hào)(電擊)的同時(shí)，聞到甲氣味；休息一小段時(shí)間后，讓果蠅不接受懲罰性條件信號(hào)的同時(shí)，聞到乙氣味。因此，如果在測(cè)試階段讓果蠅在甲乙氣體中進(jìn)行選擇，記住甲氣體與電擊關(guān)聯(lián)的果蠅，會(huì)選擇乙氣體(逃避甲氣體)。計(jì)算作出正確選擇果蠅的百分比，就可以得到這群果蠅的記憶力指標(biāo)(學(xué)習(xí)指數(shù))。
[0004]上述方法由研究人員手工實(shí)現(xiàn)，但長(zhǎng)時(shí)間手工操作容易產(chǎn)生失誤，且無法同時(shí)操作多個(gè)訓(xùn)練系統(tǒng)。為此，Tully等人改進(jìn)了該手動(dòng)系統(tǒng)，制作了自動(dòng)化訓(xùn)練系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)軟件同時(shí)控制多個(gè)訓(xùn)練單元。但是，該系統(tǒng)是通過模擬電路實(shí)現(xiàn)的，響應(yīng)速度較慢(需延遲I?3秒)，而且系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)未能給予電擊的故障。此外，該系統(tǒng)只能通過一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，沒有為單個(gè)訓(xùn)練單元提供物理開關(guān)，安全性不夠，也無法充分發(fā)揮該系統(tǒng)可以同時(shí)控制多個(gè)訓(xùn)練系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于該系統(tǒng)僅有西文版本，給日常操作帶來了較大困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)能夠用于控制多組訓(xùn)練單元的果蠅嗅覺學(xué)習(xí)記憶訓(xùn)練系統(tǒng)，使得每一組訓(xùn)練單元均可以獨(dú)立地建立氣味和電擊的關(guān)聯(lián)，并在系統(tǒng)故障時(shí)及時(shí)給出指示信號(hào)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述果蠅嗅覺學(xué)習(xí)記憶訓(xùn)練系統(tǒng)，包括獨(dú)立控制芯片、硬件控制中心、電刺激器、獨(dú)立開關(guān)和控制軟件?？捎瑟?dú)立開關(guān)直接向硬件控制中心發(fā)出預(yù)先設(shè)定好的程序，也可通過控制軟件的設(shè)定，向硬件控制中心發(fā)出控制程序；硬件控制中心可控制多個(gè)獨(dú)立控制芯片所連接的氣流和/或電刺激器閥門的開關(guān)。
[0007]所述硬件控制中心是本發(fā)明的核心部件，由獨(dú)立開關(guān)信號(hào)處理單元、閥門控制信號(hào)輸出單元和電壓切換芯片構(gòu)成。閥門控制信號(hào)輸出單元可接受獨(dú)立開關(guān)的信號(hào)并運(yùn)行預(yù)先軟件設(shè)定好的訓(xùn)練程序，也可接受軟件的信號(hào)運(yùn)行軟件設(shè)定的訓(xùn)練程序。訓(xùn)練程序能在指定時(shí)間點(diǎn)(精確到秒)同時(shí)向多個(gè)獨(dú)立控制芯片發(fā)出電壓信號(hào)，打開訓(xùn)練單元上的氣流閥門和/或電刺激器的閥門。電壓切換芯片則能夠在啟動(dòng)閥門后很快(I秒內(nèi))將電壓降低一半，實(shí)現(xiàn)降低能耗的作用。
[0008]所述訓(xùn)練單元為本公司研發(fā)，已經(jīng)申請(qǐng)專利保護(hù)。所述電刺激器為市售產(chǎn)品，可將交流電轉(zhuǎn)換為的直流電方波，并可根據(jù)需要調(diào)整方波的脈沖時(shí)間；所述控制軟件為本公司研發(fā)，已進(jìn)行軟件備案；所述獨(dú)立開關(guān)為市售產(chǎn)品，能夠控制電路的通斷。特別地，獨(dú)立開關(guān)可與硬件控制中心分開放置，使得操作者只需接觸獨(dú)立開關(guān)即可開啟預(yù)先設(shè)定好的控制程序，防止誤操作。
[0009]本發(fā)明所述的果蠅嗅覺學(xué)習(xí)記憶訓(xùn)練系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多組訓(xùn)練單元的同時(shí)獨(dú)立控制，對(duì)故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及采用獨(dú)立開關(guān)控制訓(xùn)練程序的開啟。所采用的電路為數(shù)字電路，可以減少故障的產(chǎn)生；所用元件價(jià)格低廉。
【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0011]圖1為本發(fā)明的原理示意圖。
[0012]圖2為本發(fā)明硬件控制中心的實(shí)施例。
[0013]圖注:101室內(nèi)控制信號(hào)處理單元；102閥門控制信號(hào)輸出單元；103電壓切換芯片;104供電系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的上述目的特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的原理及具體實(shí)施方案作出詳細(xì)說明。
[0015]參見圖1，該圖為本發(fā)明的原理示意圖。
[0016]所述果蠅嗅覺記憶學(xué)習(xí)系統(tǒng)，包括獨(dú)立控制芯片、硬件控制中心、電刺激器、獨(dú)立開關(guān)和控制軟件。
[0017]每個(gè)獨(dú)立控制芯片上裝有4組電動(dòng)閥門，包括3組氣味閥門，以及I組電刺激閥門。每個(gè)閥門在接收到24V電壓時(shí)打開，打開后只要電壓不小于12V就可以維持開啟狀態(tài)。此外，獨(dú)立控制芯片能檢測(cè)短路等異常狀態(tài)，點(diǎn)亮短路反饋燈同時(shí)降低訓(xùn)練單元內(nèi)部電壓，以保護(hù)電路。
[0018]硬件控制中心能在指定時(shí)刻(精確到秒)給予多組獨(dú)立控制芯片不同的電壓，同時(shí)開啟特定氣味和電刺激，即進(jìn)行“訓(xùn)練”。為了實(shí)現(xiàn)短時(shí)程記憶或者長(zhǎng)時(shí)程記憶，硬件控制中心可在數(shù)分鐘或數(shù)小時(shí)內(nèi)連續(xù)控制特定獨(dú)立控制芯片上閥門的電壓，這稱為“訓(xùn)練程序”?？梢杂捎?jì)算機(jī)軟件設(shè)定新的訓(xùn)練程序，或由獨(dú)立開關(guān)運(yùn)行預(yù)先設(shè)好的訓(xùn)練程序。
[0019]硬件控制中心及電刺激器，通過集線器，與訓(xùn)練單元相連接。
[0020]參見圖2，該圖為本發(fā)明的硬件控制中心的實(shí)施示意圖。
[0021]所述101室內(nèi)控制信號(hào)處理單元，用于接收獨(dú)立開關(guān)輸出的信號(hào)并進(jìn)行處理。其包括一個(gè)BZA100靜電防護(hù)瞬態(tài)電壓抑制器，用于保護(hù)整個(gè)電路系統(tǒng)；一個(gè)STM32F1025RxT32位ARM Cortex微控制器，作為主CPU，用于對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行處理。之后，將所處理的的信號(hào)，通過MAX3221 RS-232線路驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換為串口信號(hào)，輸入至102閥門信號(hào)控制單元。
[0022]所述102閥門控制信號(hào)輸出單元，用于接收電腦或101室內(nèi)控制信號(hào)處理單元輸出的信號(hào)，并將該信號(hào)傳輸至獨(dú)立控制芯片，用于控制室內(nèi)的訓(xùn)練單元。其包括一個(gè)ALTERAEPM1270T144復(fù)雜可編程邏輯器件，作為信號(hào)處理及轉(zhuǎn)換的核心部件。計(jì)算機(jī)控制程序，或者通過101室內(nèi)控制信號(hào)單元處理完的信號(hào)，通過MAX3221 RS-232線路驅(qū)動(dòng)器，傳入ALTERA EPM1270T144復(fù)雜可編程邏輯器件。之后，經(jīng)由ALTERA EPM1270T144復(fù)雜可編程邏輯器件處理的信號(hào)，通過ULN2803A達(dá)林頓晶體管陣列，用于調(diào)整訓(xùn)練單元各繼電器的工作狀態(tài)。
[0023]所述103電壓切換換芯片，采用RC電路分壓的方式，對(duì)訓(xùn)練單元各繼電器的電壓進(jìn)行調(diào)整。
[0024]所述104供電系統(tǒng)，包括一個(gè)24V直流電源，及一個(gè)LM2574M-3.3穩(wěn)壓降壓器。24V直流電源負(fù)責(zé)將220V交流電轉(zhuǎn)換為24V直流電，分別提供給LM2574M-3.3穩(wěn)壓降壓器，用以給101室內(nèi)控制信號(hào)處理單元及102閥門控制信號(hào)輸出單元的主CPU提供3.3V電源；以及ULN2803A達(dá)林頓晶體管陣列，用以提供控制閥門所需的24V直流電。
[0025]需要說明的是，本發(fā)明所述各電氣元件，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述功能前提下可選擇其他型號(hào)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于果蠅嗅覺學(xué)習(xí)記憶訓(xùn)練裝置，包括硬件控制中心、獨(dú)立控制芯片、電刺激器、獨(dú)立開關(guān)、控制軟件和短路反饋燈組成，其特征在于，硬件控制中心可接受獨(dú)立開關(guān)的信號(hào)并運(yùn)行軟件預(yù)先設(shè)定的訓(xùn)練程序，也可接受控制軟件的信號(hào)運(yùn)行軟件設(shè)定的訓(xùn)練程序，在指定時(shí)刻(精確到秒)給予多組獨(dú)立控制芯片不同的電壓信號(hào)，啟動(dòng)獨(dú)立控制芯片連接的氣流和/或電刺激器閥門，且在啟動(dòng)閥門后通過電壓切換芯片很快(I秒內(nèi))將電壓降低一半。
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計(jì)一個(gè)能夠用于控制多組訓(xùn)練單元的果蠅嗅覺學(xué)習(xí)記憶訓(xùn)練系統(tǒng)，同時(shí)讓每一組訓(xùn)練單元獨(dú)立地建立氣味和電擊的關(guān)聯(lián)。該系統(tǒng)包括獨(dú)立控制芯片、硬件控制中心、電刺激器、獨(dú)立開關(guān)和控制軟件，可由獨(dú)立開關(guān)直接向硬件控制中心發(fā)出預(yù)先設(shè)定好的程序，也可通過控制軟件的設(shè)定，向硬件控制中心發(fā)出控制程序；硬件控制中心可控制多個(gè)獨(dú)立控制芯片所連接的氣流和/或電刺激器閥門的開關(guān)。
【IPC分類】A01K67/033
【公開號(hào)】CN104938424
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410123996
【發(fā)明人】陶?qǐng)? 馬偉偉
【申請(qǐng)人】蘇州卓凱生物技術(shù)有限公司
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2014年3月31日