[发明专利]一种非人灵长类动物自动化抓握训练与记录装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于非人灵长类动物抓握行为训练的记录装置及方法，主要应用于面向运动功能的脑机接口研究。

背景技术

在面向运动功能的脑机接口研究领域，尤其是植入式脑机接口领域，利用非人灵长类动物来代替和模拟人类进行实验是非常重要的一个步骤。其中对于手的精细抓握运动的研究更是当前脑机接口领域的前沿科学问题，训练动物快速掌握各类规定的抓握动作有着及其重要的意义。目前，常见的抓握训练方式主要是利用不同形状特征的物体，如把手，平板，小环等，利用自然的抓握方式进行抓握。由于在抓握训练中往往需要训练多种抓握模式，因此抓握的物体需要经常更换。此外，在一个实验中判断动物是否可以以正确的姿势进行抓握，以及如何在实验成功时及时给予奖励，这些问题往往都需要消耗大量的人力资源进行调整与观察，且容易出现误操作导致动物训练行为效率低下，效果不佳。在实验过程中还需要同步采集实验动物的神经信号，由于神经电生理信号的发放时间短，频率较高，因此，对运动数据的同步要求也比较高（小于1ms），需要详细快速地记录整个抓握流程中的各个运动阶段，以上实验操作依靠人工都难以完成。

因此，需要一套完整的系统来自动化完成抓握物体的更换、抓握手势检测、实验阶段控制、奖励控制、运动与神经信号同步等功能，方便对抓握运动的脑电信号进行抓握解码，构建更加准确的抓握运动模型，更加有效的面向抓握运动功能的脑机接口。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供用于非人灵长类动物抓握实验的自动化训练与记录装置。本装置包括转盘主体、微控制器、给水控制系统、脑电信号记录仪和PC机。

进一步地，所述转盘箱体为非透明材质有机玻璃制封闭式箱体，内置前置面板、照明灯、载物转盘、导电滑环、驱动电机、LED指示灯、按键、抓握物体、红外摄像头；在内置所述照明灯处于关闭状态时，所述抓握物体处于不可见状态；所述载物转盘为有机玻璃材质六面立方体转盘，内部中空且具有6个垂直平面，各个所述垂直平面上安装一个所述抓握物体，所述载物转盘在驱动电机的驱动下沿中轴线水平运动；所述照明灯和所述驱动电机由所述微控制器进行控制；所述导电滑环装在所述载物转盘内，抓握物体相关连接线通过所述导电滑环与所述微控制器电连接，下方由所述驱动电机驱动旋转，以更换所述抓握物体；在所述前置面板上与所述抓握物体处于相同高度处开有用于抓握的孔洞，其仅在面对实验动物方向开有，在前置面板上装有所述LED指示灯和所述按键；在所述抓握物体上方装有所述红外摄像头，由所述红外摄像头抓拍到的视频监控数据直接传输给所述PC机进行保存。

进一步地，所述给水控制系统包括储水瓶、电磁阀与水嘴，储水瓶通过水管穿过电磁阀与水嘴相连，通过电磁阀开闭给实验动物供水，电磁阀与微控制器电连接；所述微控制器通过IO口电连接驱动电机装置、LED指示灯、按键、抓握物体、给水控制系统、脑电信号记录仪，通过串口转USB模块连接PC机；所述脑电信号记录仪输入端通过阵列电极连接实验动物脑区运动皮层，输出端放大后的神经信号通过光纤连接所述PC机，事件同步端口与微控制器电连接；所述摄像头置于所述转盘装置上方，可以拍摄整个抓握手势，录像信息通过监控系统传给PC机存储；所述PC机包括主机和显示器，与微控制器、脑电信号记录仪及摄像头分别电连接。

进一步地，所述脑电信号记录仪输入端通过阵列电极连接实验动物脑区运动皮层，输出端放大后的神经信号通过光纤连接所述PC机；所述脑电信号记录仪的事件标签同步端口与所述微控制器的IO口电连接，所述微控制器在发送与接收所有实验相关数据时，都将对应的事件标签通过IO口传输给所述脑电信号记录仪，脑电信号记录仪将事件标签与神经信号进行同步，之后将数据存储到所述PC机中。

进一步地，所述微控制器包括微处理器、供电电源单元、数据采集单元、输出控制单元、双向通讯单元、同步事件输出单元、逻辑判断单元。

进一步地，所述PC机由主控制程序单元、模式选择单元、参数设置单元、数据接收单元、数据发送单元、文件记录单元、人机交互单元组成。

进一步地，所述抓握物体根据实验手势要求定制，其中不同位置装有触摸传感器，所述触摸传感器18传感器为电容式传感器，可以置于物体内部。当传感器被触发时输出低电平，反之输出高电平，抓握物体内部的传感器与微控制器电连接。