科创中国

本发明公开了一种小型自动化动物行为训练系统,包括动物饲养笼,动物饲养笼上方有格栅,格栅的一边呈V型,在动物饲养笼内设置有训练装置,在训练装置内部设置有微控制器;在训练装置的中轴线左右两侧,各设置有视觉刺激呈现装置和行为检测装置,行为检测装置位于视觉刺激呈现装置下方,在训练装置的下方中间设置有饮水/奖励装置;在格栅一侧的V型中设置有两个饮水瓶,饮水瓶的出水口通过导水管与饮水/奖励装置连通,在导水管与饮水/奖励装置之间有电磁阀;微控制器分别连接电磁阀、视觉刺激呈现装置、行为检测装置和饮水/奖励装置。可应用于具有一定初级操作行为能力的动物进行行为训练。

本发明目的在于，提供一种小型自动化动物行为训练系统及训练方法。 为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案： 一种小型自动化动物行为训练系统，包括带有格栅的动物饲养笼，所述格栅的一边呈V型，其特征在于，在动物饲养笼内设置有训练装置，在训练装置内部设置有微控制器；在训练装置的中轴线左右两侧，各设置有视觉刺激呈现装置和行为检测装置，行为检测装置位于视觉刺激呈现装置下方，在训练装置的下方中间设置有饮水/奖励装置；在格栅一侧的V型中设置有两个饮水瓶，饮水瓶的出水口通过导水管与饮水/奖励装置连通，在导水管与饮水/奖励装置之间有电磁阀；所述微控制器分别连接电磁阀、视觉刺激呈现装置、行为检测装置和饮水/奖励装置。 根据本发明，所述视觉刺激呈现装置选择白色/黄色/绿色LED发光二极管；所述行为检测装置选择红外线感应开关、杠杆开关或鼻触器。 具体地，所述饮水/奖励装置是金属饮水嘴。 进一步地，所述训练装置主体选择PLA聚乳酸纤维材料3D打印制成，可根据需要随意调整装置布局。

脑科学研究被称为是“人类科学最后的前沿”，其主要研究任务之一是阐述动物行为背后大脑运算的神经机制，因此在神经科学基础研究领域需在啮齿类或灵长类动物中开展动物行为学实验。光遗传、Miniscope钙成像等新技术的发展结合啮齿类或灵长类动物行为学为揭示行为背后神经编码提供了便利工具。然而，由于传统的训练动物学习实验行为范式需要科研人员时刻观察以保证行为训练顺利进行并及时将未训练实验动物转移到实验设备中，这种传统的动物训练方法不仅需要大量人力，而且也拖慢了训练和实验进程。

在当前的啮齿类动物实验中很多以动物压杆或鼻触行为作为报告手段的行为训练，但是这两种看似简单的行为本身就耗费大量的训练时间。由于实验动物大部分时间待在饲养笼中，如果可以在饲养笼上安装一套自动化的动物行为训练系统，以训练动物执行完整的实验范式，或者让动物学习初级的信号指导的鼻触、压杆等行为将大大加快训练进程，从而减少科研负担与科研支出。然而，一方面，目前市场中的动物行为训练系统动辄十几至几十万，甚至有些行为设备耗资百万，使多数科研机构和实验室难以承受。另一方面，传统的动物行为设备结构复杂，体积较庞大，不适合在小动物饲养笼中安装。而且传统的动物设备时刻需要计算机设备辅助，很难在多个饲养笼中安装。因此，在本领域亟需研发一种价格低廉的小型的，不需要计算机设备的小型自动化动物行为训练系统。

本发明的小型自动化动物行为训练系统，技术特点在于，利用动物喜爱糖水的觅食特性，采用基于强化学习的视觉引导操作性反射范式，当动物根据视觉刺激做出期望行为反应(按压视觉刺激一侧的杠杆，但不限于按压杠杆行为，如鼻触行为)时微控制器控制电磁阀给予动物糖水奖励。各个辅助装置均由微控制器自动控制，实现无需人为参与的行为训练。同时，当动物不能在本日训练中执行期望数量的行为反应或获得一定奖励时，在剩余时间中系统自动将蒸馏水瓶电磁阀打开，防止动物因不能成功学习而一天内得不到任何饮水，确保了动物福利。此外，该系统体积较小且不依赖计算机设备，可便捷地固定在饲养笼的格栅上，不需要对饲养笼进行任何改动，因此饲养笼还可继续用于其他动物的饲养，大大降低了行为训练和动物饲养成本。

孙宗鹏 任维 吴美霖

脑科学研究被称为是“人类科学最后的前沿”，其主要研究任务之一是阐述动物行为背后大脑运算的神经机制，因此在神经科学基础研究领域需在啮齿类或灵长类动物中开展动物行为学实验。光遗传、Miniscope钙成像等新技术的发展结合啮齿类或灵长类动物行为学为揭示行为背后神经编码提供了便利工具。然而，由于传统的训练动物学习实验行为范式需要科研人员时刻观察以保证行为训练顺利进行并及时将未训练实验动物转移到实验设备中，这种传统的动物训练方法不仅需要大量人力，而且也拖慢了训练和实验进程。

在当前的啮齿类动物实验中很多以动物压杆或鼻触行为作为报告手段的行为训练，但是这两种看似简单的行为本身就耗费大量的训练时间。由于实验动物大部分时间待在饲养笼中，如果可以在饲养笼上安装一套自动化的动物行为训练系统，以训练动物执行完整的实验范式，或者让动物学习初级的信号指导的鼻触、压杆等行为将大大加快训练进程，从而减少科研负担与科研支出。然而，一方面，目前市场中的动物行为训练系统动辄十几至几十万，甚至有些行为设备耗资百万，使多数科研机构和实验室难以承受。另一方面，传统的动物行为设备结构复杂，体积较庞大，不适合在小动物饲养笼中安装。而且传统的动物设备时刻需要计算机设备辅助，很难在多个饲养笼中安装。因此，在本领域亟需研发一种价格低廉的小型的，不需要计算机设备的小型自动化动物行为训练系统。

为促进科学技术产业化的发展，希望能够充分利用对方广泛的市场资源优势和科研平台能力，实现技术研发与市场营运的直接联盟。为使新技术尽快转化为生产力，希望实行技术合作开发联营生产和产值提成的方式紧密合作。希望合作方能够负责组建生产公司及工商、税务经营手续和必要的启动资金；在双方合作期间，我方对该产品不断创新和改进。

企业实施科技成果转移转化，采取以下方式并达到相应的目的：

一是开发新的产品或服务，以培育新的市场竞争力；

二是开发新的工艺，以提质、降本、降耗、增能、增效；

三是完善管理，优化流程，以强化对企业生产经营的控制力；

四是进入新的市场，以扩大市场规模；

五是培育新的能力，以取得新的优势；

六是完善经营管理的体制机制，以提高效益。

希望与企业、科学技术研究开发机构、高等学校和其他组织建立优势互补、分工明确、成果共享、风险共担的合作机制，按照市场机制联合组建研究开发平台、技术创新联盟、创新联合体等，协同推进研究开发与科技成果转化。