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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710008149.8 (22)申请日 2017.01.05 (71)申请人 沈阳医学院 地址 110034 辽宁省沈阳市皇姑区黄河北 大街146号 (72)发明人 朱启文 赵建文 邹鹏 李莉 姜川 匡宝平 崔跃 刘姝余 曾亮 李晓秀 刘慧颖 (74)专利代理机构 沈阳科威专利代理有限责任 公司 21101 代理人 刁佩德 赵霎 (51)Int.Cl. A01K 15/02(2006.01) (54)发明名称 面向缉毒反恐的多变量集成啮齿类动物认 知能力检验检测生态实验舱 。
2、(57)摘要 一种面向缉毒反恐的多变量集成啮齿类动 物认知能力检验检测生态实验舱， 包括壳体以及 设置在壳体内的迷宫单元， 其技术要点是： 所述 迷宫单元包括由下至上依次设置的底层迷宫单 元， 中间层迷宫单元以及顶层迷宫单元， 各迷宫 单元之间相互连通， 各迷宫单元内设有绕中轴旋 转的转臂； 顶层迷宫单元的底部、 底层迷宫单元 的侧壁和/或底部分别设有一个以上的孔洞， 顶 层迷宫底部的孔洞通过滑道或爬梯与底层迷宫 侧壁的孔洞相连通， 底层迷宫单元侧壁或底部的 其他孔洞通过管道与设置在实验舱外的收集舱 相连通。 从根本上解决现有迷宫训练系统偏侧优 势的不足， 有效避免外界的干扰， 具有性能稳定，。
3、 有效刺激多变量联动整合、 准确评价、 训练便捷、 等级分明等特点。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 107047364 A 2017.08.18 CN 107047364 A 1.一种面向缉毒反恐的多变量集成啮齿类动物认知能力检验检测生态实验舱， 包括壳 体以及设置在壳体内的迷宫单元， 其特征在于： 所述迷宫单元包括由下至上依次设置的底 层迷宫单元， 中间层迷宫单元以及顶层迷宫单元， 各迷宫单元之间相互连通， 各迷宫单元内 设有绕中轴旋转的转臂； 顶层迷宫单元底部和底层迷宫单元的底部均有筛网封闭， 中间层 迷宫单元为上下通透的筒状结构； 顶层迷宫单元的底部、 底层迷宫单元的侧壁和。
4、/或底部分 别设有一个以上的孔洞， 顶层迷宫底部的孔洞通过滑道或爬梯与底层迷宫侧壁的孔洞相连 通， 底层迷宫单元侧壁或底部的其他孔洞通过管道与设置在实验舱外的收集舱相连通； 中 间层迷宫单元为一个以上， 中间层迷宫单元内沿中轴周向设有一个以上的隔板组件； 隔板 组件包括隔板以及设置在隔板上的两个以上的分别设有闭锁装置的隔板门， 隔板后设有与 隔板门相对应的一个以上的奖惩装置， 奖惩装置为给食、 给水装置或电刺激装置和通向上 层迷宫单元的爬梯； 与下层迷宫单元相连通的圆洞设在隔板门前方； 当中间层迷宫单元为 两个以上时， 隔板组件由下至上逐级增加； 中间层迷宫单元之间通过设置在隔板门前、 后的 。
5、爬梯间接相互连通。 2.根据权利要求1所述的面向缉毒反恐的多变量集成啮齿类动物认知能力检验检测生 态实验舱， 其特征在于： 所述底层迷宫单元以及顶层迷宫单元内的转臂为柔性转臂， 中间层 迷宫单元内的转臂为刚性转臂。 3.根据权利要求1或2所述的面向缉毒反恐的多变量集成啮齿类动物认知能力检验检 测生态实验舱， 其特征在于： 所述隔板门顶端铰接在隔板上， 闭锁装置为设置在隔板门门洞 上的可控制延展长度的锁销。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 107047364 A 2 面向缉毒反恐的多变量集成啮齿类动物认知能力检验检测生 态实验舱 技术领域 0001 本发明涉及评价啮齿类动物认知能力的装。
6、置， 具体说是一种面向缉毒反恐的多变 量集成啮齿类动物认知能力检验检测生态实验舱。 背景技术 0002 近些年， 国内外关于神经科学领域评价认知能力的研究成果层出不穷， 但评价方 法还仅限于经典的Morris水迷宫、 Y-maze、 T-maze等， 随着生物技术与大数据科学在生命科 学领域的应用， 对研究疾病动物模型的仪器设备提出了更高的要求， 随着精准医学时代的 到来经典的行为学评价方法已经不能满足科研工作者的要求， 因此 “生态实验舱 （分级舱） ” 应运而生。 在缉毒犬、 防暴犬的基础上， 缉毒反恐领域内需要开发出小型智能化高效化的实 验舱供新动物成员加入。 但是， 现有的实验仪器存在。
7、以下关键性的问题： 实验动物的应激 反应易受干扰， 且多变不可控； 对轻微学习记忆减退及不同程度的学习记忆减退反应不 敏感； 缺少标准化参比； 自动化程度较低等。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种啮齿类动物主动学习甄别毒品、 检验检测不同认知能力 的多变量模块整合的生态实验舱， 从根本上解决Morris水迷宫应激刺激带来的干扰， 克服 现有迷宫训练系统， 如Y-maze、 T-maze检测中的偏侧优势的不足， 其训练主要以不同等级的 食物奖赏作为诱导及其它刺激源选择联用， 促使啮齿类动物在生态实验舱中逐层学习记 忆， 自成一个封闭系统， 有效避免外界的干扰， 具有性能稳定， 有效刺激。
8、多变量联动整合、 准 确评价、 训练便捷、 等级分明等特点。 0004 为实现上述目的， 本发明提供了如下技术方案： 该面向缉毒反恐的多变量集成啮 齿类动物认知能力检验检测生态实验舱包括壳体以及设置在壳体内的迷宫单元， 其特征在 于： 所述迷宫单元包括由下至上依次设置的底层迷宫单元， 中间层迷宫单元以及顶层迷宫 单元， 各迷宫单元之间相互连通， 各迷宫单元内设有绕中轴旋转的转臂； 顶层迷宫单元底部 和底层迷宫单元的底部均有筛网封闭， 中间层迷宫单元为上下通透的筒状结构； 顶层迷宫 单元的底部、 底层迷宫单元的侧壁和/或底部分别设有一个以上的孔洞， 顶层迷宫底部的孔 洞通过滑道或爬梯与底层迷宫侧。
9、壁的孔洞相连通， 底层迷宫单元侧壁或底部的其他孔洞通 过管道与设置在实验舱外的收集舱相连通； 中间层迷宫单元为一个以上， 中间层迷宫单元 内沿中轴周向设有一个以上的隔板组件； 隔板组件包括隔板以及设置在隔板上的两个以上 的分别设有闭锁装置的隔板门， 隔板后设有与隔板门相对应的一个以上的奖惩装置， 奖惩 装置为给食、 给水装置或电刺激装置和通向上层迷宫单元的爬梯； 与下层迷宫单元相连通 的圆洞设在隔板门前方； 当中间层迷宫单元为两个以上时， 隔板组件由下至上逐级增加； 中 间层迷宫单元之间通过设置在隔板门前、 后的爬梯间接相互连通。 0005 所述底层迷宫单元以及顶层迷宫单元内的转臂为柔性转臂，。
10、 中间层迷宫单元内的 说 明 书 1/5 页 3 CN 107047364 A 3 转臂为刚性转臂。 0006 所述隔板门顶端铰接在隔板上， 闭锁装置为设置在隔板门门洞上的可控制延展长 度的锁销。 0007 本发明的有益效果： 本装置可用于啮齿类小动物对毒品 （爆炸物） 的甄别训练及对 受毒品作用其认知能力变化程度进行测试分级。 通过多层次改变刺激源 （包括机械运动、 声、 光、 电、 气、 味、 水、 饮食等多变量正性和负性刺激） 引起动物做出由底层向上层攀爬运动 反应。 动物能向上达到几层迷宫单元， 受毒品 （爆炸物） 气味源位置影响。 也可对注射毒品前 后动物的认知能力变化程度进行等级划。
11、分。 0008 两个大小圆柱体套层迷宫单元结构组成的生态实验舱， 上下分为六层， 层间可通 透。 整个舱体上下壁、 外侧壁封闭且外侧壁透明， 便于观察。 每层下部有一个可水平转动的 棒状转臂， 相邻各层转臂间高度即为每层级高度。 每层级迷宫单元内随层级上升可设16个 隔板； 每个隔板上设有两个以上的隔板门， 各隔板门可由翻板构成； 各隔板门后可设奖惩装 置 （包括采食、 饮水、 光、 电、 气、 味、 圆洞、 平台等） ， 以便动物进行认知训练和评价。 0009 顶层迷宫单元底部设有一个以上可开启的洞口， 最顶层底部设有柔性转臂， 柔性 转臂转动时， 促使动物从已开启的洞口， 下落至本生态实验。
12、舱最底层 （动物也可由顶层侧壁 上开口， 沿滑梯直落至最底层迷宫单元内） 。 0010 舱体最底层侧壁上可设多个孔洞， 开启时， 可供动物钻入或钻出， 直至到达舱外的 收集箱。 底层设有柔性转臂， 以驱使动物进入侧壁上已开启的孔洞或直接沿爬梯向上攀爬 （也可采用底面溢水驱使动物上移） 。 爬梯上方设平台； 平台中有平台门， 解锁时， 动物可由 平台门钻上平台， 并进一步上爬至上一层的转臂上。 0011 各层级之间设有爬梯， 爬梯可固定在外侧壁或内侧壁上。 每层级爬梯在转臂水平 转动一圈过程中， 有一次机会无接触性离相邻层级转臂最近。 每层爬梯上方均设有封阻平 台； 在平台中设平台门， 解锁时动。
13、物可由此爬上平台； 待上一层转臂接近平台时， 动物可进 一步爬上转臂， 进入上一层迷宫单元。 0012 集数据、 射频识别和视频跟踪技术于一体， 构建分析、 评价和决策软件， 准确识别 个体身份和获取动物运动轨迹， 分析不同疾病模型动物认知能力并进行分级， 从而为疾病 模型的筛选和药物研发提供基础的参照个体。 0013 综上所述， 本发明最大特点就是能够有效地利用动物本能行为进行自主学习， 来 评定认知能力等级， 具体而言包括： 能够根据行为学学习记忆判断不同认知能力分级， 对 轻微学习记忆减退及不同程度的认知能力障碍反应敏感。 实验过程全程射频追踪， 不需 要人为参与， 高效省时。 适合不同。
14、年龄和种系的实验动物， 尤其是年老动物也可以参与， 性能稳定， 定位精准， 训练便捷， 等级分明。 多变量行为学任务， 可以为不同实验提供条 件， 实现一体多功能化的最大效益。 根据多品种品系 （含认知障碍动物模型） 实验动物认 知行为特点， 建立相应的仪器预存数据库， 制定认知行为能力等级评价标准， 作为认知行为 学检测过程中的直接参比， 使疾病模型筛选及认知能力等级的评价过程标准可控。 开发 新的技术手段， 为缉毒反恐增加小型智能化高效化动物新成员。 附图说明 0014 图1为本发明的结构示意图。 说 明 书 2/5 页 4 CN 107047364 A 4 0015 附图标记说明： 1V。
15、I层迷宫单元、 2V层迷宫单元、 3IV层迷宫单元、 4III层迷宫单元、 5II层迷宫单元、 6I层迷宫单元、 7滑道、 8筛网、 9柔性转臂、 10底部洞口、 11翻板门、 12隔板、 13壳体、 14刚性转臂、 15梯子、 16洞口、 17锁销。 具体实施方式 0016 实施例1 以下结合图1， 通过具体实施例详细说明本发明的具体内容。 该面向缉毒反恐的多变量 集成啮齿类动物认知能力检验检测生态实验舱， 包括壳体以及设置在壳体内的迷宫单元， 迷宫单元包括由下至上依次设置的底层迷宫单元 （I层） ， 中间层迷宫单元 （IIIV层） 以及顶 层迷宫单元 （VI层） ， 各迷宫单元之间相互连通。
16、， 各迷宫单元内设有绕中轴旋转的转臂； 顶层 迷宫单元底部和底层迷宫单元的底部均有筛网封闭， 中间层迷宫单元为上下通透的筒状结 构； 顶层迷宫单元的底部、 底层迷宫单元的侧壁和/或底部分别设有一个以上的孔洞， 顶层 迷宫底部的孔洞通过滑道或爬梯与底层迷宫侧壁的孔洞相连通， 底层迷宫单元侧壁或底部 的其他孔洞通过管道与设置在实验舱外的收集舱相连通。 底层迷宫单元以及顶层迷宫单元 内的转臂为柔性转臂， 中间层迷宫单元内的转臂为一个以上的刚性转臂 （图中为一个） 。 0017 底层迷宫单元的柔性转臂用于驱赶鼠离开底盘。 在洞管两端均设置内外门， 内门 开启时， 鼠可以钻入周围洞管， 必要时开启外门，。
17、 则鼠可进入收集箱， 以便于对其进行实验 操作。 底层迷宫单元底部为弹性筛网， 防止由中间层迷宫单元掉落其上的动物摔伤。 0018 中间层迷宫单元为四个 （IIIV） ， 中间层迷宫单元由下至上的隔板组件数量逐级 增。 由下至上的IIV层空间内的隔板数逐层递增。 例如， 第II层空间内的隔板组件数为一 个， 第III层空间内的隔板组件数为二至三个， 第IV层空间内的隔板组件数为四至五个， 第V 层空间内的隔板组件数为六个。 即， 层级越高， 过隔板上门的选择次数越多， 过门选择难度 也逐层递增。 鼠每向上一层面临的门洞选择次数呈阶段性增多， 以此增加过门复杂性的幅 度， 对鼠的认知能力水平进行。
18、分级。 通过观察采集各鼠的行为参数， 如到达某一层的时间、 正确过门的次数等， 根据鼠被应用的具体领域所需的行为参数， 对其进行加权评估， 从而筛 选出最佳的个体。 0019 隔板组件包括隔板以及设置在隔板上的两个以上 （本实施例为四个） 的分别设有 闭锁装置的隔板门， 隔板门顶端铰接在隔板上， 闭锁装置为设置在隔板门门洞上的可控制 延展长度的锁销。 0020 隔板门后设有奖惩装置， 奖惩装置包括给食、 给水装置或电刺激装置或通向上层 迷宫单元的爬梯； 而与下层迷宫单元相连通的平台中圆洞 （平台门） 设在隔板门前方 （图中 未示出） ； 中间层迷宫单元之间通过设置在隔板门前、 后的爬梯间接相互。
19、连通。 在爬梯上端 设可使鼠作栖息的平台， 上端开口设置挡门 （图中未示出） 。 挡门解锁时， 鼠可爬上爬梯， 经 由平台门爬上平台栖息， 鼠可处于各层迷宫单元内下部。 处在I层迷宫单元的鼠可由启动柔 性转臂水平转动的方式驱离， 也可由底盘溢水的方式驱离底盘。 0021 可将动物最先置于顶层迷宫单元内， 并给予毒品饲喂或注射， 待致其成瘾后， 即可 启动柔性转臂 （或喷气装置） ， 同时顶层底壁上两孔洞开启， 以便鼠钻入通道而离开顶层迷 宫单元， 落入下面某些层级迷宫单元。 在所有层级转臂和喷气装置同时启动及隔板上过门 均锁定的情况下， 动物可最终落至舱体底层迷宫单元内 （也可采用在舱体侧壁外。
20、围上设滑 说 明 书 3/5 页 5 CN 107047364 A 5 梯， 动物由舱体顶层侧壁上开口， 钻入滑梯直接滑落至舱体底层迷宫单元内的方法） 。 0022 IIV层迷宫单元下部安装有一个以上的与半径近等长的双层隔板， 隔板连接于舱 体的内外侧壁之间。 在隔板上开设四个不透明隔板门， 隔板门设置为翻板式， 通过在隔板上 设置可伸缩的销式门锁， 可随需要将相应的翻板门相互独立的锁定或解锁。 在各隔板门后 设置不同的刺激源： 如采食、 饮水、 毒品供给、 喷气、 喷水、 钻洞保定管、 栖息观望平台等 （刺 激源的性质强度和选位设定， 可根据实验需要各层内进行调换和改变） 。 毒品气味的位置。
21、源 更换可与食物、 饮水的供给， 及其他刺激源连锁绑定， 以便条件反射训练实验的展开。 各种 刺激源选定、 供给 （如饲料、 饮水、 毒品） 可由机械臂完成。 机械臂可位于整个舱体外侧， 由舱 体外侧壁上开口伸入双层隔板内。 机械臂循环定时， 运行方式与毒品 （爆炸物） 气味源释放 位置连锁设定， 以决定机械臂在各层间隔板内操作启闭。 毒品 （爆炸物） 、 食料、 饮水可短暂 性自动连锁限量投放， 以便动物产生条件反射： 趋向毒品 （爆炸物） 位置源或紧急逃避， 以此 作为毒品 （爆炸物） 甄别的观察指标。 在毒品 （爆炸物） 气味释放后， 所有各层爬梯上方平台 中的平台门均处于解锁状态， 以。
22、便于底层动物经此向上爬行， 直达毒品 （爆炸物） 气味源处， 或躲避其它惩罚性刺激。 0023 IIV层迷宫单元下部均可设一个以上的刚性转臂 （鼠多则转臂多） ， 每层的转臂各 自独立按一定方向水平循环转动， 根据实验需要转速可调。 在转臂水平转动一圈的过程中， 转臂会有一次机会与位于下层爬梯上方的平台最接近。 此时若平台上有鼠， 则鼠可爬上转 臂， 随转臂循环转动， 并有机会向每层隔板上的四个隔板门接近。 在向四个隔板门接近的过 程中， 转臂上的鼠即面临对某个隔板门的选择通过。 鼠接触到或通过不同隔板门后， 随即可 受到不同性质、 样式和程度的赏罚。 其结果包括： 可再次掉入下面各层迷宫单元。
23、内， 或栖息 于本层迷宫单元， 或有机会爬入上层迷宫单元内。 在IIV层迷宫单元内的每层隔板上的四 个隔板门中的最内侧或最外侧门后附近， 每层舱体内的内侧壁或外侧壁上设置爬梯。 根据 实验需要， 对某一门进行设定： 即在鼠通过设定隔板门后， 本层迷宫单元内爬梯上方的平台 中央的平台门解锁， 鼠即有机会经由该平台门上达平台， 进而爬上上层转臂进入上一层空 间内。 0024 本实施例可同时对多只鼠进行训练和测试， 动物在舱内各个层级内在某一段时间 内均可能栖息、 转移和生存。 可采用FRD技术精准识别每只鼠的身份， 对各个动物的活动路 线、 轨迹和位置变化， 采用大数据技术进行记录、 分析、 整理。
24、和判断。 另外还采用机械臂技术 对鼠进行精准给食、 给药、 称重和其它实验操作。 0025 原理说明： 小型啮齿类动物在受高层高成瘾的食物、 药品、 毒品、 爆炸物引诱刺激作用条件下， 同 时伴随由最底层恶劣条件 （如鞭笞或水淹） 驱赶， 会向上沿爬梯爬行。 可选用两种模式对鼠 进行训练、 测试和观察。 其一， 在所有连接各层级的爬梯上平台中央平台门同时解锁， 并同 时伴有毒品 （爆炸物） 气味释放时， 啮齿动物凭借灵敏嗅觉迅速做出条件反射动作， 在短暂 有效时段内或向毒品 （爆炸物） 源方向接近短暂开启的采食、 饮水、 毒品 （爆炸物） 源装置， 或 紧急逃离躲避即将开启的负性刺激源的惩罚刺。
25、激。 以此特殊反应动作的出现作为观察指 标， 进行缉毒 （或寻找爆炸物） 训练。 其二， 启动各层迷宫单元的转臂， 对动物的基于视觉、 听 觉、 嗅觉、 触觉的认知能力和智力水平进行测试分级。 在动物爬到某层级迷宫单元内， 且坐 落于每层水平循环转动的转臂上时， 即面临逐层难度越升的过门选择。 不同选择的结果和 说 明 书 4/5 页 6 CN 107047364 A 6 其所能达到的迷宫单元、 位置、 时间、 反复次数等指标， 可反映出不同物种动物， 或同一动物 不同生活阶段及生理、 心理状态下的认知能力和智力水平的不同和改变。 综上所述， 本设备 利用机械臂技术， FRD技术， 大数据等可对啮齿类动物进行有关神经行为、 生物医药、 反恐缉 毒等方面的实验研究与开发利用。 0026 实施例2 当然， 也可根据实际需要， 在实施例1的基础上缩减或增加中间层迷宫单元的数量， 但 逐级增加的隔板组件这一因素不应改变。 说 明 书 5/5 页 7 CN 107047364 A 7 图1 说 明 书 附 图 1/1 页 8 CN 107047364 A 8 。