味覺,視覺,嗅覺,聽覺,觸覺是動物所能接受的所有外部刺激,大腦就是依靠這五種感官的輸入來認知、學習與記憶整個外部世界的。 虛擬實境(Virtual Reality System)是通過電腦模擬產(chǎn)生一個三維的虛擬空間,并提供五官刺激:如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺與聽覺等感官的模擬,實驗動物(大小鼠)進入到這個虛擬的環(huán)境中,如同在真實的空間中活動。虛擬實境平臺為研究動物的學習、記憶、認知和運動提供了一個優(yōu)越實驗設(shè)備,科研人員可以通過完全可控的實驗環(huán)境來研究動物如何處理復(fù)雜信息,從而使動物簡單或者復(fù)雜的行為活動得到更深層次的研究。
Jet ball是一種新型的的虛擬現(xiàn)實的系統(tǒng),用于大小鼠的行為學實驗的研究。它基于一個氣流懸浮球,固定的實驗動物可以通過這個懸浮球在虛擬空間中運動。虛擬現(xiàn)實提供了一個完全可控的試驗環(huán)境,可用于導(dǎo)航,認知,學習和記憶的研究。
硬件部分:
1.TFT環(huán)繞監(jiān)視系統(tǒng):虛擬現(xiàn)實場景通過TFT環(huán)繞監(jiān)視系統(tǒng)來實現(xiàn)。TFT環(huán)繞監(jiān)視系統(tǒng)由6個19寸的顯示器以270度的科學精算角度(無盲點)圍成八角形,同時,顯示器的高分辨率(1280(x3)x 1024pixels),對比度(2000:1)以及反饋時間(20ms),這些都使得實驗動物在虛擬世界中處于真實的環(huán)境。
2. 氣流懸浮球系統(tǒng):氣流懸浮球系統(tǒng)包括一個鋁制球架,球架底部備有壓縮氣體供氣裝置,通過供氣使得聚苯乙烯球懸浮。
可選擇兩種規(guī)格:
球體直徑20cm用于小鼠研究;
球體直徑30cm用于幼年大鼠研究;
3. X/Y運動感應(yīng)裝置:X/Y運動感應(yīng)裝置探測用于懸浮球的二維坐標,并協(xié)調(diào)懸浮球與虛擬世界的真實性。
4.觸覺刺激系統(tǒng):當實驗大\小鼠在虛擬迷宮中遇到虛擬屏障時,觸覺刺激裝置會吹出氣體刺激大\小鼠胡須,模擬真實環(huán)境中的碰觸墻壁的效果,給予實驗動物真實的觸覺迷宮環(huán)境。 觸覺刺激裝置左右各一個,位置可調(diào)節(jié)。
5. 味覺刺激系統(tǒng):味覺刺激系統(tǒng)由一套液體舔舐傳感裝置和一個蠕動泵組成,通過球架上的可伸縮裝置進行控制,從而可對實驗動物進行味覺刺激或者獎勵機制的設(shè)定。
6.頭部固定裝置:頭部固定裝置用于固定在懸浮球上運動的實驗動物,固定器重量僅為2g,方便實驗動物在虛擬現(xiàn)實場景中進行運動。固定器的支架可方便靈活的調(diào)節(jié)角度和位置。固定器的孔可定制。
7.懲罰機制系統(tǒng):可伸縮裝置通過控制迎面的air puff 可作為實驗動物的一個懲罰機制。
8. 獎勵機制系統(tǒng):可伸縮裝置通過控液體舔舐傳感裝置可以在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對實驗動物進行獎勵機制。
9.挫折感機制系統(tǒng):可人為的通過剎車裝置讓運動中的實驗動物無法繼續(xù)行走,產(chǎn)生挫折感。
軟件部分:
1.PhenoSoft Control:通過圖形界面控制所有硬件組件系統(tǒng)
2.PhenoSoft VR:構(gòu)建各種實驗所需的場景迷宮,包括大小,地標,顏色以及紋理;
3.PhenoSoft Schedule:流程圖和狀態(tài)圖編寫實驗計劃;
? 軟件功能:
? 迷宮模版:走廊,T-Maze,Y-Maze,Plus-Maze,Radial-Arm-Maze,Open-Field
? 將虛擬現(xiàn)實與獎勵懲罰機制,挫折感,聲音刺激,嗅覺刺激,胡須刺激相結(jié)合
? 軟件自帶虛擬墻壁,地板,天空;可通過上傳jpg,png圖形文件作為地標
? 軟件在無動物的情況下可直接運行虛擬迷宮進行測試
? 可設(shè)置和隱藏地標
? 可構(gòu)建無止境的迷宮
? 可將虛擬迷宮與動物的真實運動分開。例如:虛擬迷宮移動1米而實驗動物實際運動了2米
膜片鉗記錄需要超高穩(wěn)定性的系統(tǒng)支持,保證在體膜片鉗在記錄的過程中電極沒有發(fā)生移動或者折斷,保證記錄的穩(wěn)定性。Jet Ball這套系統(tǒng)中實驗動物的頭顱是被固定在頂板上,實驗動物在跑動的過程中不會影響正在記錄中的電極,提供了在體膜片鉗技術(shù)所需要的穩(wěn)定性要求。同時可以將電極垂直地安裝在微操上并放置在實驗動物的身后,避免實驗動物的視野被遮擋。在自由活動的動物腦中進行膜片鉗技術(shù),是一種新興的電生理研究技術(shù),運用這種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)觀察和記錄動物在運動過程中,單個神經(jīng)元膜電位的變化,對神經(jīng)元信號的生理學意義的研究有著重大技術(shù)突破。