Устройство для исследования реакций животных

1161959 А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 15/42; А 61 В 5 4(51 НИЕ ИЗОБРЕ И ВТО с первыми входами второго а элементов И, единичный рого триггера подключенвходу третьего счетчика, ыход второго триггера с вторым входом третьего И, выход четвертого элемен з элемент задержки соедине и входами первого и второров, выход первого форя прямоугольных импульсовк первому входу первого И и к второму входу второта И, выход второго формипрямоугольных импульсов с первым входом четвер- мента И и с третьим входом соедине третье ыход вт к счетномунулевой в оединен ехэлемент та И че .с нулев с го тригг мировате подключе элемента го элеме 15/3 вапо С. А тарЫщпе йот аввееНеств оГо 1 ояу, ЬхосЬе 1978, 111 1 Ф 2,вателя соедине того эл выход которому входу четверпервого элеменом первого та сч ретьего элемо подключен ь того счетчика, в ход та НЕ соединен с вх формирователя прямо сов, с вторым входо элемента И и с четв третьего элемента И элемента НЕ подключ ду первого элемента рого формирователя пульсов, выход перв рез первый усилител входом первого элем второго фотодиода ч усилитель соединен го элемента НЕ и с второго элемента И, тодиода, начиная с нен со счетным вход щего счетчика, начи ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Северо-Западный заочный полнический институт и 1-й Ленингракий медицинский институтим. акад. И.П.Павлова(56) 1Заявка ВеликобританииУ 1436 136, кл, Н 3 Н,С 06 Ропублик. 1971.2. Катг К.1. Сотщеапй пехрепвдче тесЬпвопр тле тепйотс 1 прорате Йтояв. РЬатааспавтту апй ЬесЬачдот,р. 231-233 (прототип)(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕАКЦИЙ ЖИВОТНЫХ, содержащееблок регистрации движений, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения достоверности регистрируемых параметров, в него введенысветодиоды, связанные с фотодиодамиусилители, блок регистрации движенивключает счетники, а блок определения вида движений включает элемен"ты НЕ, И, задержки, два формирователя прямоугольных импульсов и дватриггера, единичные входы которыхсоединены соответственно с выходамипервого и второго элементов И,единичный выход первого триггераподключен к счетным входам первогои второго счетчиков, нулевой выход гольных импульчетвертого ртым входомвыход второго н к второму вхо- И и к входу вто. рямоугольных им-. го фотодиода чесоединен с нта НЕ, выход рез второйвходом второретьим входом выход каждого форетьего, соедим соответствуюая с пятого.Изобретение относится к вычислительной и медицинской технике и предназначено для физиологических исследований в фармакологии, этологии, общей физиологии и т,д, 5Известно 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 111.Однако регистрация только общей 15 двигательной активности или определение местоположения животного с помощью данного устройства не дает полного и точного представления о в поведении и состоянии животного, 20 т.е. не позволяет исследовать поведенческие реакции животного, что является его недостатком.К поведенческим реакциям относится, например, врожденное предпоч тение животными, особенно норковыми, темных закрытых пространств перед открытыми и ярко освещенными, Если экспериментальная камера состоит из темного и светлого отсеков, то З 0 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 состояыий 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 отсв 55 ,ках камеры раздельно.Именно совокупность всех перечисленных показателей может достаточно полно и точно характеризовать пове.денческие реакции, мотивированныетем или иным состоянием животного,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяустройство, содержащее экспериментальную камеру, состоящую изтемного и светлого отсеков, разделенных перегородкой, с проходом вней для животного. Это устройствопозволяет определять визуально ирегистрировать вручную такие показателч поведенческих реакций, кквремя нахождения в светлой частикамеры и двигательную активностьв ней, число "выглядываний", "полных инеполных" выходов за времяэксперимента 21.Недостатками данного устройстваявляется невозможность определенияобщей двигательной активности в закрытом темном отсеке камеры, субъективность и низкая точность регистрируемых показателей.Цель изобретения - повышение достоверности и точности регистрируемых показателей,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для исследования реакций животных, содержащееблок регистрации движений, введенысветодиоды, связанные с фотодиодами, усилители, блок регистрации движений включает счетчики, а блокопределения вида движений включаетэлементы НЕ, И, задержки, два формирователя прямоугольных импульсови два триггера, единичные входыкоторых соединены соответственно свыходами первого и второго элементов И, единичный выход первого триггера подключен к счетным входам первого и второго счетчиков, нулевойвыход соединен с первыми входамивторого и третьего элементов И,единичный выход второго триггераподключен к счетному входу третьегосчетчика, нулевой выход второго триггера соединен с вторым входом третьего элемента И, выход четвертого элемента И через элемент задержки соединен с нулевыми входами первого ивторого триггеров, выход первого формирователя прямоугольных импульсовподключен к первому входу первогоэлемента И и к второму входу второго элемента И, выход второго формирователя прямоугольных импульсов1161соединен с первым входом четвертогоэлемента И и с третьим входом третьго элемента И, выход которого подключен к счетному входу четвертогосчетчика, выход первого элемента НЕсоединен с входом первого формирователя прямоугольных импульсов,с вторым входом четвертого элемента И и с четвертым входом третьегоэлемента И, выход второго элементаНЕ подключен к второму входу первого элемента И и к входу второгоформирователя грямоуголъных импульсов, выход первого Фотодиода черезпервый усилитель соединен с входом 15первого элемента НЕ, выход второгоФотодиода через второй усилительсоединен с входом второго элементаНЕ и с третьим входом второго элемента И, выход каждого фотодиода, 20начиная с третьего, соединен со счетным входом соответствующего счетчи"ка, начиная с пятого.На фиг. 1 схематично изображенаэкспериментальная камера со светодио 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 перегородке2, светодиоды 4, установленные против Фотодиодов 5, усилители 6, блок7 определения вида движений, блок8 регистрации движений, элемент НЕ 9 40формирователь 10 прямоугольных импульсов, элемент:И 11, триггер 12,элемент И 13, триггер 14, элементИ 15, элемент НЕ 16, формирователь17 прямоугольных импульсов, элемент .4И 18, элемент 19 задержки, оптирческие линзы 20, счетчики 21,Экспериментальную камеру 1 выполняют из стекла, оргстекла,гетинакса и т.п. Ее разделяют перегородкой 2 на равные или неравныечасти (отсеки) в зависимости оттребований к условиям эксперимента.Один отсек светлый, другой - темный,Размеры камеры 1 и габариты прохода 3 подбирают в соответствии сразмерами тела подопытных животных.Толщина перегородки 2 должна поз 959 4волять устанавливать в ней Фото- исветодиоды (фиг. 1).Лучи, создаваемые светодиодами,фокусируют с помощью оптических,линз 20. Ширина прохода позволяетне испольэовать линзу для второгосветодиода.Расстояние между лучами, создаваемыми первым и вторым светодиодами(иначе говоря, первым и вторым луча .ми), должно быть меньше длины токаживотного. Конкретное расстояниеустанавливает экспериментатор,исходя из того, что требуется считать(выход какой части тела) "неполным"выходом - "выглядыванием. Очевидно,что "выглядывание" регистрируется привысовывании той части тела, котораяуменьшается на промежутке от второголуча до первого, при этом первый лучживотное не должно задевать. Нрикасании животным первого луча вэтой ситуации и возврате после этогов темный отсек регистрируется "неполный" выход.Длительность импульсов Формирователей (Фиг. 3) может быть любой,но не больше времени между любымипоследовательными поведенческими реакциями животного. Практически можно использовать длительности до сотен миллисекунд. (В конкретной реализации устройства длительностьсоставляет 0,5 мс),Первые и вторые светодиоды ифотодиоды устанавливают над поломкамеры на высоте, соответствующейпримерно середине высоты тела двигающегося животного. Место установки и количество остальных светодиодных пар определяют, исходя иззаданных требований к экспериментам.Например, расположение этих парпо схеме (Фиг. 1) на высоте середины тела двигающегося животного позволяет достаточно объективно и точно оценивать в любом из отсековобщую "горизонтальную" активность,определяемую числом переходов животного из одной четверти отсека в другую, Очевидно, чем больше лучейпересекает камеру, тем выше точность определения общей двигатель-,ной активности.Поскольку каждый фотодиод подключен через свой усилитель к отдельному счетчику, то показания каждого счетчика определяют двигатсльдную 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 сдщн световой луч, то таким образом можно оценивать и общую вертикальную двигательную активностьКонструктивно 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 фото- тока. 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, В базовую цепь транзисторов 1-го 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 выходовВ 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 "О", 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" 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 5511в 1 , а моменту освобождения лучапереброс и з " 1 " в " 0" ,Выходной сигнал формир о в а т ел ей1 О 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 " выходнойсигнал перебрасывается в " 1 " и з атем возвращается в0 " ,Регистрация полного выходасчетчиком и включение счетчика времен и пребывания животного в светломотсеке прои зводитс я в момент о с в об ожде ния животным первого луча ( при этомвторой луч свободен) с помощью импульса, вырабатываемого формиров ателем 1 О ( моме н т 1на фиг . 3 ) . По с к ол ьку фо рмироват ель 1 О вырабатывает импуль сы и при возвращении животногопосле "неполного выхода (при этомв торой луч перекрыт животным - момент) , то необходимо предо т в ратить ложное срабатывание счетчиковв э ти моменты, Для этого выход формиро ват еля 1 О подключ ен к входу три ггера 1 2 не непосредственно, а черезэлемент И 1 1, на другой вход которого подается инвертированный с и гнал с выхода усилителя .Импуль сы, вырабатываемые формиро вателем 1 0 в моменты С и(фи г . 3 )и соответствующие освобождению п ерв о го луча животным, находящимся полн ост ью в светлом отсеке или во з вр ащающимс я в темный отсек и з светлого,н е влияют на показания счетчиков, та ккак 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 ( приэтом первый луч свободен) с помощьюимпульса , вырабатываемого формиров ателем 1 7 и задержанного с помощьюэлемента 1 9 задержки (момент 1 наифиг. 3) . Поскольку формирователь 17вырабатывает импульсы и в тех случаях, когда животное, находясь всветлом отсеке, задевает второйлуч, но не переходит в темный отсек, а остается в светлом (первыйлуч при этом перекрыт животным -момент), то необходимо предотвра.тить ложный возврат триггера 12 висходное состояние. Для этого импульсы с формирователя 17 подаютсяна вход триггера 12 через элемент 19задержки не непосредственно, а черезэлемент И 18.11617Импульсы от формирователя 17,появляющиеся в моменты времени 1,1 и 1 , не изменяют исходногосостояния триггера 12.Регистрация "неполного" выхода 5счетчиком производится в момент освобождения животным второго луча(при этом первый луч перекрыт животным -на фиг. 3) с помощью импульса, вырабатываемого формирова" 10телем 10. Поскольку импульсы имвырабатываются и при других поведенчески.-. реакциях, то его выходподключен к входу триггера 14 ненепосредственно, а через элемент И 1315Сброс триггера 14 в исходное сос"тояние осуществляется тем же сигналом, что и сброс триггера 12,Регистрация "выглядывания"счетчиком производится в момент 20освобождения животным второго луча(первый луч при этом свободен - мо"мент 1 на фиг. 3) с помощью импульсов, вырабатываемых формирователем17. Импульсы, вырабатываемые им в 25момент времени 1 э, 1 , г ине должны регистрироваться счетчиком, поэтому выход формирователя17 подключен к счетчику через элемент И 1530Сброс триггеров 12 и 14 в исходное состояние осуществляется импульсом, выработанным формирователем 95917, но задержанным с помощью элемен= та 19 задержки (моменты времени и Ф).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 за один "полный" выход от нескольких секунд до десятков секунд.Регистрация общей двигательной активности в темном отсеке происходит при пересечении животнымлучей от третьего и четвертого светодиода, При этом изменения фототока в фото- диодах 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.1161959 Фиг 3 оставитель А. Жереехред М.Кузьма орректор С. Черни Копч едакт ПодписиСР Зака д. 4/ ПП "Патент", г, Ужгород, ул. Проект ва Йц 970/51 Тираж 710 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Ра