本發(fā)明涉及家鴿的轉(zhuǎn)向行為及運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航功能相關(guān)腦機(jī)制的探索實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，具體是涉及用于家鴿的雙層半封閉式自動(dòng)“十”字形迷宮。

背景技術(shù)：
迷宮實(shí)驗(yàn)對(duì)于動(dòng)物空間認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)行為功能研究是行之有效的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)于理解動(dòng)物運(yùn)動(dòng)行為的神經(jīng)調(diào)控機(jī)制、空間導(dǎo)航的運(yùn)動(dòng)機(jī)制，以及開(kāi)發(fā)仿生機(jī)器人、神經(jīng)康復(fù)設(shè)備等都具有重要的應(yīng)用價(jià)值。家鴿是一種常用的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絼?dòng)物，不僅具有優(yōu)越的空間認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航能力，而且具有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)操控性。家鴿空間認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航功能的大腦神經(jīng)機(jī)制目前并不清楚，此方面的研究正在成為神經(jīng)科學(xué)研究的熱點(diǎn)，但目前尚未有符合家鴿生理特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)習(xí)性的實(shí)驗(yàn)迷宮裝置。目前現(xiàn)有的迷宮主要是針對(duì)大/小鼠等動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，大都采用在迷宮的一臂終端設(shè)置食物或氣味來(lái)誘導(dǎo)動(dòng)物進(jìn)行運(yùn)動(dòng)路徑運(yùn)動(dòng)選擇，主要用于動(dòng)物學(xué)習(xí)記憶和行為學(xué)方面的研究。常用的實(shí)驗(yàn)迷宮主要包括水迷宮、“Y”字形迷宮、“T”字形迷宮、八臂迷宮和高架十字形迷宮等。水迷宮顯然不適合家鴿使用；高架十字形迷宮是利用大/小鼠對(duì)新異環(huán)境的探究特性和高空懸敞開(kāi)臂的恐懼形成矛盾沖突行為來(lái)考察其焦慮狀態(tài)，并不適合可高空飛行的鳥(niǎo)類(lèi)的研究；“Y”字形迷宮、“T”字形迷宮和八臂迷宮，雖然沒(méi)有針對(duì)大/小鼠的特殊設(shè)計(jì)，但是由于鳥(niǎo)類(lèi)和鼠類(lèi)在運(yùn)動(dòng)方式、生活習(xí)性等方面存在巨大差異，對(duì)家鴿仍然不適用。家鴿主要以谷物等固體顆粒為食，視銳度高、善于飛行、喜于踱步。在家鴿運(yùn)動(dòng)功能神經(jīng)機(jī)制研究中，不僅要訓(xùn)練家鴿執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作或行為，而且在家鴿執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作或行為的同時(shí)，還需要記錄大腦神經(jīng)元響應(yīng)信號(hào)，解析不同運(yùn)動(dòng)行為對(duì)應(yīng)的大腦神經(jīng)機(jī)制。然而，無(wú)論是早期的“斯金納箱”，還是目前公開(kāi)的“田字迷宮”，大都采用上開(kāi)口式或封閉式設(shè)計(jì)，在使用過(guò)程中都存有諸多問(wèn)題。對(duì)于上開(kāi)口式迷宮設(shè)計(jì)，很容易使家鴿從迷宮中飛出，尤其是在訓(xùn)練初期，家鴿對(duì)訓(xùn)練環(huán)境不熟悉，極易導(dǎo)致恐懼起飛，嚴(yán)重影響了訓(xùn)練效果；而對(duì)于封閉式迷宮設(shè)計(jì)，則使得神經(jīng)信號(hào)采集線(xiàn)難以從迷宮中引出，不能進(jìn)行信號(hào)的有效采集。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于提供一種符合家鴿生理特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)習(xí)性的用于家鴿的雙層半封閉式自動(dòng)“十”字形迷宮，以解決現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)迷宮無(wú)法滿(mǎn)足家鴿運(yùn)動(dòng)功能神經(jīng)機(jī)制研究的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：本發(fā)明所述用于家鴿的雙層半封閉式自動(dòng)“十”字形迷宮，包括由橫向通道和縱向通道組成的上開(kāi)口結(jié)構(gòu)的“十”字形通道，所述縱向通道的一端與上開(kāi)口結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)等待區(qū)相連通；所述橫向通道的兩端終點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)等待區(qū)、以及遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)等待區(qū)一端的縱向通道終點(diǎn)分別設(shè)置有隔離室；所述“十”字形通道和實(shí)驗(yàn)等待區(qū)通過(guò)水平隔板分為上層家鴿活動(dòng)區(qū)和下層布線(xiàn)區(qū)；所述上層家鴿活動(dòng)區(qū)與上層實(shí)驗(yàn)等待區(qū)通過(guò)自動(dòng)門(mén)隔離；上層家鴿活動(dòng)區(qū)和上層實(shí)驗(yàn)等待區(qū)的側(cè)壁頂部設(shè)置有向內(nèi)側(cè)水平延伸的透明板以構(gòu)成半封閉空間結(jié)構(gòu)；在上層家鴿活動(dòng)區(qū)的橫向通道和縱向通道側(cè)壁上間隔設(shè)置有多個(gè)紅外檢測(cè)裝置，位于橫向通道與縱向通道交匯處設(shè)置有視覺(jué)線(xiàn)索提示裝置和聲音提示裝置；所述每個(gè)隔離室內(nèi)均設(shè)置有獎(jiǎng)勵(lì)裝置和懲罰裝置；所述紅外檢測(cè)裝置的信號(hào)輸出端與設(shè)置在下層布線(xiàn)區(qū)內(nèi)的微控制器信號(hào)輸入端連接，所述微控制器的控制輸出端分別與視覺(jué)線(xiàn)索提示裝置、聲音提示裝置、獎(jiǎng)勵(lì)裝置、懲罰裝置和所述自動(dòng)門(mén)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入控制端連接；微控制器通過(guò)并口/串口與主控計(jì)算機(jī)通信連接，所述主控計(jì)算機(jī)通過(guò)線(xiàn)纜與安裝于實(shí)驗(yàn)家鴿頭部的神經(jīng)電信號(hào)采集裝置和設(shè)置在“十”字形通道上方的視頻監(jiān)控裝置通信連接。所述視覺(jué)線(xiàn)索提示裝置為兩組紫、藍(lán)、綠、黃四種顏色的LED燈；所述聲音提示裝置為有源蜂鳴器。設(shè)置在每個(gè)所述隔離室內(nèi)的自動(dòng)獎(jiǎng)勵(lì)裝置結(jié)構(gòu)相同，包括設(shè)置在支架上由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水平絲杠，螺紋套接在所述水平絲杠上的滑臺(tái)，所述滑臺(tái)下部通過(guò)滑塊與設(shè)置在所述支架上的軌道滑動(dòng)連接，滑臺(tái)上垂直向上設(shè)置有支桿，所述支桿頂部設(shè)置有食盒；在隔離室與對(duì)應(yīng)通道的隔板上開(kāi)設(shè)有喂食窗口，所述食盒位于所述喂食窗口處；所述懲罰裝置為設(shè)置在所述喂食窗口上方隔板上的高亮白色LED燈。所述食盒內(nèi)活動(dòng)設(shè)置有帶提手的活動(dòng)內(nèi)盒。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于針對(duì)家鴿的生活習(xí)性和喜于踱步的特點(diǎn)，采用半封閉的雙層“十”字形通道結(jié)構(gòu)，利用微控制器實(shí)現(xiàn)各部分輔助裝置的自動(dòng)控制，使家鴿能夠自動(dòng)重復(fù)訓(xùn)練，減少了人為參與，提高了訓(xùn)練的效率。具體體現(xiàn)為：1、針對(duì)家鴿易于飛行的特性，在實(shí)驗(yàn)迷宮的頂部設(shè)計(jì)了透明的半封閉式防護(hù)層，不僅防止家鴿從迷宮中飛出，而且便于神經(jīng)信號(hào)的采集；2、雙層迷宮結(jié)構(gòu)，使得檢測(cè)和控制裝置以及微控制器都封閉于下層布線(xiàn)區(qū)，家鴿的訓(xùn)練和神經(jīng)信號(hào)采集集于上層，使電氣設(shè)備與家鴿活動(dòng)區(qū)隔離，不僅減少了噪聲對(duì)神經(jīng)信號(hào)的干擾，提高了設(shè)備的使用壽命，而且美觀大方；3、自動(dòng)門(mén)和獎(jiǎng)勵(lì)、懲罰裝置由微控制器自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了家鴿特定運(yùn)動(dòng)功能的自動(dòng)訓(xùn)練，從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始到結(jié)束不需要人為參與，大大提高了訓(xùn)練的效率，而且減少了實(shí)驗(yàn)人員對(duì)家鴿的影響。食盒內(nèi)設(shè)置有帶提手的活動(dòng)內(nèi)盒，大大方便了獎(jiǎng)勵(lì)食物的放置和清理。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所述上層家鴿活動(dòng)區(qū)和上層實(shí)驗(yàn)等待區(qū)的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明所述下層布線(xiàn)區(qū)及視覺(jué)線(xiàn)索提示裝置、聲音提示裝置、獎(jiǎng)勵(lì)裝置、懲罰裝置的平面布置示意圖。圖4是本發(fā)明所述水平隔板的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明所述獎(jiǎng)勵(lì)裝置、懲罰裝置的布置結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明所述食盒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明電氣控制原理框圖。具體實(shí)施方式如圖1所示，本發(fā)明所述的雙層半封閉式自動(dòng)“十”字形迷宮，包括由橫向通道1和縱向通道2組成的上開(kāi)口結(jié)構(gòu)的“十”字形通道，縱向通道2的一端與上開(kāi)口結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3相連通；橫向通道1的兩端終點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3、以及遠(yuǎn)離實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3一端的縱向通道2終點(diǎn)分別設(shè)置有隔離室4.1、4.2、4.3、4.4。如圖2、3、4所示，“十”字形通道和實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3通過(guò)水平隔板5分為上層家鴿活動(dòng)區(qū)和下層布線(xiàn)區(qū)；水平隔板5由橫桿6進(jìn)行支撐，可以自由拆卸，便于下層布線(xiàn)區(qū)的布線(xiàn)、連接和維修。如圖1、2所示，上層家鴿活動(dòng)區(qū)縱向通道2與上層實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3通過(guò)自動(dòng)門(mén)7隔離，在上層實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3側(cè)壁上設(shè)置有上抽式活動(dòng)門(mén)8，用于放入或取出實(shí)驗(yàn)家鴿。上層家鴿活動(dòng)區(qū)和上層實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3的側(cè)壁頂部邊沿均設(shè)置有向內(nèi)側(cè)水平延伸的透明板9以構(gòu)成半封閉空間結(jié)構(gòu)，用于防止家鴿從迷宮中飛出。如圖2、3所示，在上層家鴿活動(dòng)區(qū)的橫向通道1和縱向通道2交匯口四個(gè)方向的側(cè)壁上均設(shè)置有紅外檢測(cè)裝置10.1、10.2、10.3、10.4，用于檢測(cè)家鴿在迷宮的位置和運(yùn)動(dòng)行為（左轉(zhuǎn)、前行、右轉(zhuǎn)），位于自動(dòng)門(mén)7處設(shè)置有用于檢測(cè)家鴿進(jìn)、出的紅外檢測(cè)裝置10.5；橫向通道1和縱向通道2交匯口設(shè)置有兩個(gè)視覺(jué)線(xiàn)索提示裝置11.1、11.2和由有源蜂鳴器組成的聲音提示裝置，用于誘發(fā)家鴿轉(zhuǎn)向行為的線(xiàn)索提示，兩個(gè)視覺(jué)線(xiàn)索提示裝置11.1、11.2均由一組紫、藍(lán)、綠、黃四種顏色的LED燈組成。如圖3、5所示，每個(gè)隔離室4.1、4.2、4.3、4.4內(nèi)均有結(jié)構(gòu)相同的自動(dòng)獎(jiǎng)勵(lì)裝置，用于家鴿正確進(jìn)行行為響應(yīng)時(shí)的給食獎(jiǎng)勵(lì)。如圖5所示，自動(dòng)獎(jiǎng)勵(lì)裝置由安裝在支架12上由步進(jìn)電機(jī)13驅(qū)動(dòng)的水平絲杠14，螺紋套接在水平絲杠14上的滑臺(tái)15，滑臺(tái)15下部通過(guò)滑塊16與設(shè)置在支架12上的軌道17滑動(dòng)連接，滑臺(tái)15上垂直向上設(shè)置有支桿18，支桿18頂部設(shè)置有食盒19。如圖6所示，食盒19內(nèi)可以設(shè)置帶提手20的活動(dòng)內(nèi)盒21，便于放置獎(jiǎng)勵(lì)食物和訓(xùn)練后剩余食物的清理。如圖5所示，在隔離室4.1與對(duì)應(yīng)通道1的隔板22上開(kāi)設(shè)有喂食窗口，食盒19位于所述喂食窗口處；懲罰裝置為設(shè)置在喂食窗口上方隔板22上的高亮白色LED燈23，用于家鴿沒(méi)有正確進(jìn)行行為響應(yīng)時(shí)的懲罰或獎(jiǎng)勵(lì)結(jié)束的提示。如圖1、3、7所示，紅外檢測(cè)裝置10.1、10.2、10.3、10.4、10.5的信號(hào)輸出端與設(shè)置在下層布線(xiàn)區(qū)內(nèi)的微控制器24信號(hào)輸入端連接（圖1、3中，雙點(diǎn)劃線(xiàn)為信號(hào)線(xiàn)），微控制器24的控制輸出端分別與安裝在家鴿頭部的視覺(jué)線(xiàn)索提示裝置、聲音提示裝置、獎(jiǎng)勵(lì)裝置、懲罰裝置和自動(dòng)門(mén)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入控制端連接；微控制器24通過(guò)并口/串口與主控計(jì)算機(jī)25通信連接，主控計(jì)算機(jī)25通過(guò)通訊線(xiàn)纜與安裝于實(shí)驗(yàn)家鴿頭部的神經(jīng)電信號(hào)采集裝置和設(shè)置在“十”字形通道上方的視頻監(jiān)控裝置26通信連接。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)述如下：1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3用于家鴿在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前和結(jié)束后的活動(dòng)空間。實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3側(cè)壁上的上抽式活動(dòng)門(mén)8用于實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前和結(jié)束后家鴿進(jìn)入和離開(kāi)“十”字形迷宮通道。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，微控制器24通過(guò)自動(dòng)門(mén)驅(qū)動(dòng)電機(jī)打開(kāi)自動(dòng)門(mén)7，家鴿完成規(guī)定行為并返回到實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3后關(guān)閉。2、“十”字形通道“十”字形通道用于訓(xùn)練受試家鴿完成前行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)行為，同時(shí)支持利用視覺(jué)/聲音線(xiàn)索誘導(dǎo)家鴿進(jìn)行轉(zhuǎn)向及往復(fù)運(yùn)動(dòng)。位于自動(dòng)門(mén)7處用于檢測(cè)家鴿進(jìn)、出的紅外檢測(cè)裝置10.5有兩個(gè)作用，一是在家鴿經(jīng)過(guò)自動(dòng)門(mén)7進(jìn)入“十”字形的縱向通道2后，用于微控制器24控制視覺(jué)線(xiàn)索提示裝置或聲音提示裝置的開(kāi)啟信號(hào)；二是用于家鴿完成規(guī)定行為返回實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3后自動(dòng)門(mén)7的關(guān)閉信號(hào)。設(shè)置在上層家鴿活動(dòng)區(qū)的橫向通道1和縱向通道2交匯口四個(gè)方向側(cè)壁上的紅外檢測(cè)裝置10.1、10.2、10.3、10.4，用于檢測(cè)家鴿運(yùn)動(dòng)方向和對(duì)家鴿轉(zhuǎn)向行為開(kāi)始和結(jié)束的標(biāo)記信號(hào)；交匯口設(shè)置的兩個(gè)視覺(jué)線(xiàn)索提示裝置11.1、11.2和由有源蜂鳴器組成的聲音提示裝置，用于誘發(fā)家鴿轉(zhuǎn)向行為的線(xiàn)索提示。3、主控計(jì)算機(jī)主控計(jì)算機(jī)25用于存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采集的神經(jīng)電信號(hào)和家鴿行為視頻，根據(jù)家鴿訓(xùn)練模式進(jìn)行編制訓(xùn)練程序及訓(xùn)練數(shù)據(jù)和神經(jīng)數(shù)據(jù)的處理、分析與輸出。4、微控制器微控制器24用于同步上傳安裝在實(shí)驗(yàn)家鴿頭部的神經(jīng)電信號(hào)采集裝置信號(hào)和視頻監(jiān)控裝置26信號(hào)以及行為事件索引，控制自動(dòng)門(mén)7、紅外檢測(cè)裝置10.1、10.2、10.3、10.4、10.5和視覺(jué)/聲音提示裝置、獎(jiǎng)勵(lì)裝置及實(shí)驗(yàn)的開(kāi)始和結(jié)束，微控制器24采用C8051F320單片機(jī)，微控制器24中的控制程序在訓(xùn)練開(kāi)始前由主控計(jì)算機(jī)25提前編制和燒寫(xiě)。本發(fā)明具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：第一步、根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)主控計(jì)算機(jī)25將實(shí)驗(yàn)方案程序燒寫(xiě)至微控制器24；第二步、量取實(shí)驗(yàn)所需的獎(jiǎng)勵(lì)食物置于食盒19的活動(dòng)內(nèi)盒21內(nèi)；如圖5所示，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)13驅(qū)動(dòng)水平絲杠14將食盒19移動(dòng)至喂食窗口處，使食盒19靠近隔板22的側(cè)壁與隔板22齊平；第三步、關(guān)閉自動(dòng)門(mén)7，使實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3與上層家鴿活動(dòng)區(qū)隔離；第四步、打開(kāi)實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3側(cè)壁上的上抽式活動(dòng)門(mén)8，將鴿籠口打開(kāi)并對(duì)準(zhǔn)上抽式活動(dòng)門(mén)8，受試家鴿進(jìn)入實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3，等待實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，至此實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作完成；第五步、開(kāi)始試驗(yàn)1、開(kāi)啟微控制器24驅(qū)動(dòng)有源蜂鳴器發(fā)出“嘀嘀嘀”提示音，提示實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，并同時(shí)向神經(jīng)電信號(hào)采集裝置信號(hào)和視頻監(jiān)控裝置26傳遞脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)神經(jīng)電信號(hào)采集裝置信號(hào)和視頻監(jiān)控裝置26進(jìn)行神經(jīng)數(shù)據(jù)采集和視頻記錄；2、經(jīng)設(shè)定的一段時(shí)間之后，自動(dòng)門(mén)7打開(kāi)，家鴿進(jìn)入縱向通道2內(nèi)，當(dāng)家鴿經(jīng)過(guò)紅外檢測(cè)裝置10.1時(shí)，兩個(gè)視覺(jué)線(xiàn)索提示裝置11.1、11.2燈亮（或轉(zhuǎn)向提示音響起），指示家鴿進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)向行為（左轉(zhuǎn)、前行、右轉(zhuǎn)），如果家鴿進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)行為，則在家鴿經(jīng)過(guò)紅外檢測(cè)裝置10.2（或10.3、10.4）時(shí)，微控制器24驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)13將食盒19移動(dòng)至喂食窗口外部的對(duì)應(yīng)通道處對(duì)家鴿進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)（現(xiàn)以橫向通道1左端終點(diǎn)為例），否則微控制器24驅(qū)動(dòng)喂食窗口上方隔板22上的高亮白色LED燈23發(fā)光，對(duì)家鴿進(jìn)行懲罰；3、家鴿在得到獎(jiǎng)勵(lì)/懲罰后返回實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3過(guò)程中，當(dāng)家鴿再次經(jīng)過(guò)紅外檢測(cè)裝置10.5時(shí)，自動(dòng)門(mén)7關(guān)閉，等待下次實(shí)驗(yàn)開(kāi)始。如果家鴿正確進(jìn)行行為響應(yīng)并按原路徑返回實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3，則微控制器24會(huì)驅(qū)動(dòng)設(shè)置在實(shí)驗(yàn)等待區(qū)3內(nèi)的自動(dòng)獎(jiǎng)勵(lì)裝置再次對(duì)家鴿進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，否則家鴿將得不到獎(jiǎng)勵(lì)。