Устройство для исследования реакций животных

Устройство для исследования реакций животных

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕАКЦИЙ ЖИВОТНЬ1Х, содержащее блок регистрации движений, отличающееся тем, что, с целью повьпиения достоверности регистрируемых параметров, в него введены светодиоды, связанные с фотодиодами, усилители, блок регистрации движений включает счетмики, а блок определения вида движений включает элементы НЕ, И, задержки, два формирователя прямоугольных импульсов и два триггера, единичные входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, единичный выход первого триггера подключен к счетным входам первого и второго счетчиков, нулевой выход соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, единичный выход второго триггера подключен к счетному входу третьего счетчика, нулевой выход второго триггера соединен с вторым входом третьего элемента И, выход четвертого элемента И через элемент задержки соединен с нулевыми входами первого и второго триггеров, выход первого формирователя прямоугольных импульсов подключен к первому входу первого элемента И и к второму входу второго элемента И, выход второго формирователя прямоугольных импульсов соединен с первым входом четвертого элемента И и с третьим входом (Л третьего элемента И, выход которого подключен к счетному входу четвертого счетчика, выход первого элемента НЕ соединен с входом первого формирователя прямоугольных импульсов , с вторым входом четвертого элемента И и с четвертым входом третьего элемента И, выход второго I элемента НЕ подключен к второму вхо-. ду первого элемента И и к входу вто со сд рого формирователя прямоугольных им-, пульсов, выход первого фотодиода чесо рез первый усилитель соединен с входом первого элемента НЕ, выход второго фотодиода через второй усилитель соединен с входом второго элемента НЕ и с третьим входом второго элемента И, выход каждого фотодиода , начиная с третьего, соединен со счетным входом соответствующего счетчика, начиная с пятого.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3676785/24-24 (22) 20.12.83 (46) 15.06 ° 85. Бюл. Ф 22 (72) В.И. Гуткин, В.Ю. Ким и Э.Э. Звартау (71) Северо-Западный заочный политехнический институт и 1-й Ленинградский медицинский институт им. акад. И.П.Павлова (53) 681.325.22(088.8) (56) 1 ° Заявка Великобритании

У 1436 136, кл. Н 3 Н,G 06 F 15/36, опублик. 1971.

2. Katz R.I ° Gormesano С. А тарЫ

and inexpensive technique for assesing the reinforcing effects of

opiate drugs. Pharmacology, biochemistry and bechavior, 1978, 11, N 2, р. 231-233 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕАКЦИЙ ЖИВОТНЫХ, содержащее блок регистрации движений, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности регистрируемых параметров, в него введены светодиоды, связанные с фотодиодами, усилители, блок регистрации движений включает счетники, а блок определения вида движений включает элемен" ты НЕ, И, задержки, два формирователя прямоугольных импульсов и два триггера, единичные входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, единичный выход первого триггера подключен к счетным входам первого и второго счетчиков, нулевой выход

ÄÄSU ÄÄ 1161959 А

4()) G 06 F 15/42; А 61 В 5/10 соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, единичный выход второго триггера подключен к счетному входу третьего счетчика, нулевой выход второго триггера соединен с вторым входом третьего элемента И, выход четвертого элемента И через элемент задержки соединен .с нулевыми входами первого и второго триггеров, выход первого формирователя прямоугольных импульсов подключен к первому входу первого элемента И и к второму входу второго элемента И, выход второго формирователя прямоугольных импульсов соединен с первым входом четвертого элемента И и с третьим входом третьего элемента И, выход которо- %Ф Ф го подключен к счетному входу четвер- С того счетчика, выход первого элемента HE соединен с входом первого формирователя прямоугольных импульсов, с вторым входом четвертого элемента И и с четвертым входом третьего элемента И, выход второго элемента НЕ подключен к второму входу первого элемента И и к входу вто рого формирователя прямоугольных им-. пульсов, выход первого фотодиода через первый усилитель соединен с входом первого элемента НЕ, выход второго фотодиода через второй усилитель соединен с входом второго элемента НЕ и с третьим входом фь второго элемента И, выход каждого фотодиода, начиная с третьего, соединен со счетным входом соответствующего счетчика, начиная с пятого.

1161959

Изобретение относится к вычислительной и медицинской технике и предназначено для физиологических исследований в фармакологии, этологии, общей физиологии и т,д. S

Известно устройство для регистрации числа перемещений животных, содержащее регистры для заполнения координат положения животного, регистры для запоминания сигналов, соответствующих координатам локальным минимумов, узел вычисления разности и сравнения значений координат, счетчики j1 j.

Однако регистрация только общей двигательной активности или определение местоположения животного с помощью данного устройства не дает полного и точного представления о поведении и состоянии животного, 20 т.е. не позволяет исследовать поведенческие реакции животного, что является его недостатком.

К поведенческим реакциям относится, например, врожденное предпоч- 25 тение животными, особенно норковыми, темных закрытых пространств перед открытыми и ярко освещенными, Если экспериментальная камера состоит из темного и светлого отсеков, то ЗО животное предпочитает находиться в темном отсеке, и поведение его мотивировано двумя состояниями — любопытством" (стремлением к исследованию новой обстановки) и страхом" перед ярко освещенным пространством.

Динамика изменений этих состояний проявляется в характерных поведенческих реакциях, на которые можно подразделить реакцию предпочтения":

"выглядывание" — когда животное высовывает только-голову в светлый отсек и прячется обратно, "неполный" выход — когда часть туловища остается в темном отсеке, и животное 45 прячется обратно, "полный" выход— когда животное полностью выходит в светлый отсек.

Количественными показателями этих реакций служит число соответствующих двигательных реакций за определенное время. Кроме того, эти состояния можно характеризовать общей двигательной активностью и временем пребывания животного в темном и светлом отсв5 ,ках камеры раздельно.

Именно совокупность всех перечисленных показателей может достаточно полно и точно характеризовать поведенческие реакции, мотивированные тем или иным состоянием животного.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее экспериментальную камеру, состоящую из темного и светлого отсеков, разделенных перегородкой, с проходом в ней для животного. Это устройство позволяет определять визуально и регистрировать вручную такие показателч.поведенческих реа L",ëé, к к время нахождения в светлой части камеры и двигательную активность в ней, число "выглядываний", "полных и неполных" выходов за время эксперимента (21

Недостатками данного устройства является невозможность определения общей двигательной активности в закрытом темном отсеке камеры, субъективность и низкая точность регистрируемых показателей.

Цель изобретения — повышение достоверности и точности регистрируемых показателей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для исследования реакций животных, содержащее блок регистрации движений, введены светодиоды, связанные с фотодиодаl ми, усилители, блок регистрации движений включает счетчики, а блок определения вида движений включает элементы НЕ, И, задержки, два формирователя прямоугольных импульсов и два триггера, единичные входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, единичный выход первого триггера подключен к счетным входам первого и второго счетчиков, нулевой выход соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, единичный выход второго триггера подключен к счетному входу третьего счетчика, нулевой выход второго триггера соединен с вторым входом третьего элемента И, выход четвертого элемента И через элемент задержки соединен с нулевыми входами первого и второго триггеров, выход первого формирователя прямоугольных импульсов подключен к первому входу первого элемента И и к второму входу второго элемента И, выход второго формирователя прямоугольных импульсов

1161 соединен с первым входом четвертого элемента И и с третьим входом треть

ro элемента И, выход которого подключен к счетному входу четвертого счетчика, выход первого элемента НЕ соединен с входом первого формирователя прямоугольных импульсов, с вторым входом четвертого элемента И и с четвертым входом третьего элемента И, выход второго элемента

НЕ подключен к второму входу первого элемента И и к входу второго формирователя грямоуголъных импульсов, выход первого фотодиода через первый усилитель соединен с входом 15 первого элемента НЕ, вьмод второго фотодиода через второй усилитель соединен с входом второго элемента

НЕ и с третьим входом второго элемента И, выход каждого фотодиода, 20 начиная с третьего, соединен со счетным входом соответствующего счетчи" ка, начиная с пятого.

На фиг. 1 схематично изображена экспериментальная камера со светодио-25 дами, оптическими линзами и фотодиодами, вид сверху, на фиг. 2— функциональная схема устройства; на фиг. 3 — временные диаграммы работы основных узлов блока определения вида движений.

На чертеже обозначены: экспериментальная камера 1 с разделительной перегородкой 2, разделяющей камеру на светлый и темный отсеки, проход 3 для животного в перегородке

2, светодиоды 4, установленные против фотодиодов 5, усилители 6, блок

7 определения вида движений, блок

8 регистрации движений, элемент НЕ 9 4О формирователь 10 прямоугольных импульсов, элемент:И 11, триггер 12, элемент И 13, триггер 14, элемент

И 15, элемент HE 16, формирователь

17 прямоугольных импульсов, элемент 4>

И 18, элемент 19 задержки, оптир ческие линзы 20, счетчики 21.

Экспериментальную камеру 1 выполняют из стекла, оргстекла, гетинакса и т.п. Ее разделяют перегородкой 2 на равные или неравные части (отсеки) в зависимости от требований к условиям эксперимента.

Один отсек светлый, другой — темный.

Размеры камеры 1 и габариты прохода 3 подбирают в соответствии с размерами тела подопытных животных.

Толщина перегородки 2 должна поз959 4 волять устанавливать в ней фото- и светодиоды (фиг. 1).

Лучи, создаваемые светодиодами, фокусируют с помощью оптических, линз 20. Ширина прохода позволяет не испольэовать линзу для второго светодиода.

Расстояние между лучами, создаваемыми первым и вторым светодиодами (иначе говоря, первым и вторым луча . ми), должно быть меньше длины тока животного. Конкретное расстояние устанавливает экспериментатор, исходя из того, что требуется считать (выход какой части тела) "неполным" выходом — "выглядыванием1 . Очевидно, что "выглядывание" регистрируется при высовывании той части тела, которая уменьшается на промежутке от второго луча до первого, при этом первый луч животное не должно задевать. Нр касании животным первого луча в этой ситуации и возврате после этого в темный отсек регистрируется "неполный" выход.

Длительность импульсов формирователей (фиг. 3) может быть любой, но не больше времени между любыми последовательными поведенческими ре акциями животного. Практически можно использовать длительности до сотен миллисекунд. (В конкретной реализации устройства длительность составляет 0,5 мс).

Первые и вторые светодиоды и фотодиоды устанавливают над полом камеры на высоте, соответствующей примерно середине высоты тела двигающегося животного. Место установки и количество остальных светодиодных пар определяют, исходя из заданных требований к экспериментам.

Например, расположение этих пар по схеме (фиг. 1) на высоте середины тела двигающегося животного позволяет достаточно объективно и точно оценивать в любом из отсеков общую "горизонтальную" активность, определяемую числом переходов животного из одной четверти отсека в другую. Очевидно, чем больше лучей пересекает камеру, тем выше точность определения общей двигатель- . ной активности.

Поскольку каждый фотодиод подключен через свой усилитель к отдельному счетчику, то показания каждого счетчика определяют двигатсль1161959 ную активность на том участке камеры, где установлены соответствующие фотодиоды, что служит дополнительной информацией о поведении и состоянии животного.

Если же разместить в горизонтальной плоскости такое количество свето-фотодиодных пар и на такой высоте, чтобы животное при поднимании на задние лапы в любом месте какого-либо отсека перекрывало хотя бы один световой луч, то таким образом можно оценивать и общую вертикальную двигательную активность °

Конструктивно светодиоды с линзами, второй светодиод и фотодиоды размещают с внешней стороны экспериментальной камеры и с внутренних сторон перегородки 2 (фиг.1) чтобы они не оказывали отвлекающего воздействия на животное.

Фотодиоды 5 включены во входную цепь усилителей 6 сигналов фототока. Усилители должны обеспечивать усиление, достаточное для работы блока 7 определения вида движений и срабатывания счетчиков блока 8 регистрации движений.

В конкретной реализации устройства использованы трехкаскадные усилители на транзисторах КТ-3 15, В базовую цепь транзисторов 1-ro каскада включены фотодиоды 5. Выходные сигналы усилителей 6 принимают значения логического "Он и логической "1".

Блок 7 определения вида движений служит для раздельной регистрации выглядывания, полного" и "неполного выходов.

В конкретной реализации устройства использованы электронные цифровые счетчики типа Ф 5007 и цифровой частотомерхронометр Ф 5080.

Устройство работает следующим образом.

Выходные сигналы усилителей 6 принимают значения логического "0", если лучи, создаваемые светодиодами 4, свободны и попадают на соответствующие фотодиоды 5, и находятся в состоянии логической "1"., если лучи перекрыты животным. Отсюда следует, что моменту перекрытия животным луча соответствует перебрс выходного сигнала усилителей из "0"

3S

S0

It I1 в 1, а моменту освобождения луча переброс и з " 1 " в " 0" .

Выходной сигнал формирователей

1 0 и 1 7 находится в состоянии " 0 " независимо о т состояния входного сигнала, и только по перепаду вх одн ог о сигнала и з " 0 " в " 1 " выходной сигнал перебрасывается в " 1 " и з атем возвращается в 0 " .

Регистрация полного выхода счетчиком и включение счетчика времен и пребывания животного в светлом отсеке прои зводитс я в момент о с в об ожде ния животным первого луча (при этом второй луч свободен) с помощью импульса, вырабатываемого формиров ателем 1 0 (моме н т 4 на фиг . 3 ) . По с к ол ьку формирователь 1 0 вырабатывает импуль сы и при возвращении животного после " неполного выхода (при этом в торой луч перекрыт животным — момент ), то необходимо предо т в ра - . тить ложное срабатывание счетчиков в э ти моменты . Для этого выход формиро ват еля t 0 подключ ен к входу три ггера 1 2 не непосредственно, а через элемент И 1 1, на другой вход которого подается инвертированный с и гнал с выхода усилителя .

Импульсы, вырабатываемые формиро вателем 1 0 в моменты t и (фи г . 3 ) и соответствующие освобождению п ерв о го луча животным, находящимся полн ост ью в светлом отсеке или Во 3 Bp ащающимс я в темный отсек и з светлого, н е влияют на показания счетчиков, та к как триггер 1 2 уже н< ходится в переброшенном состоянии .

Возврат триггера 1 2 в исходное с остоя ние осуществляется в момент о свобожде ния животным второго луча (при этом первый луч свободен) с помощью импульса, вырабатываемого формиров ателем 1 7 и задержанного с помощью элемента 1 9 з адс-.ржки (момент на и фиг. 3) . Поскольку формирователь 17 вырабатывает импульсы и в тех случаях, когда животное, находясь в светлом отсеке, задевает второй луч, но не переходит в темный отсек, а остается в светлом (первый луч при этом перекрыт животным— момент ), то необходимо предотвратить ложный возврат триггера 12 в исходное состояние. Для этого импульсы с формирователя 17 подаются на вход триггера 12 через элемент 19 задержки не непосредственно, а через элемент И 18.

1 161 г

Импульсы от формирователя 17, появляющиеся в моменты времени 1„, t и 1, не изменяют исходного состояния триггера 12.

Регистрация "неполного" выхода 5 счетчиком производится в момент освобождения животным второго луча (при этом первый луч перекрыт животным — на фиг. 3) с помощью импульса, вырабатываемого формирова" 10 телем 10. Поскольку импульсы им вырабатываются и при других поведенчески.-. реакциях, то его выход подключен к входу триггера 14 не непосредственно, а через элемент И 1315

Сброс триггера 14 в исходное сос" тояние осуществляется тем же сигналом, что и сброс триггера 12.

Регистрация "выглядывания" счетчиком производится в момент 20 освобождения животным второго луча (первый луч при этом свободен — момент 1„ на фиг. 3) с помощью импульсов, вырабатываемых формирователем

17. Импульсы, вырабатываемые им в 25 момент времени,, „ и не должны регистрироваться счетчиком, поэтому выход формирователя

17 подключен к счетчику через элемент И 15. 30

Сброс триггеров 12 и 14 в исходное состояние осуществляется импульсом, выработанным формирователем

959

17, но задержанным с помощью элемен= та 19 задержки (моменты времени и tq<) .

Длительность времени задержки (фиг. 3) должна несколько превышать длительность импульса формирователя 17. В конкретной реализации устройства время задержки равно 1 мс и данная задержка в выключении счетчика времени пребывания животного в светлом отсеке практически не влияет на точность измерения укаэанного параметра, поскольку обычно животное находится в светлом отсеке sa один "полный" выход от нескольких секунд до десятков секунд.

Регистрация общей двигательной активности в темном отсеке происходит при пересечении животным лучей от третьего и четвертого светодиода.

При этом изменения фототока в фотодиодах передаются на усилители, на выходе которых появляется перепад сигнала из "0" в "1". Этот перепад фиксируется соответствующими счетчиками, регистрирующими двигательную активность в темном отсеке.

Аналогично регистрируется двигательная активность и в светлом отсеке.

Светодиоды должны работать в инфракрасном диапазоне.

11б1959

1161959 е gh3 п)Я Н.е еф вш

Юц

14

Фиг.3

Составитель А. Жеренов

Редактор Е. Копча Техред M.Êóçüìà

Корректор С. Черни

Заказ 3970/51 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4