Пристрій для визначення часових параметрів харчового умовного рефлексу

Реферат: Пристрій для визначення часових параметрів харчового умовного рефлексу містить у собі тарілочку із комірками для харчових кульок, яка кріпиться до крокового двигуна. Також містить інфрачервоні датчики та диск із отвором для визначення "нульового" положення тарілочки, контролер крокового двигуна для визначення положення тарілочки, інфрачервоні датчики для визначення наявності їжі в комірці тарілочки та для виявлення наявності кінцівки піддослідного у віконці для забирання їжі. Крім того, до пристрою входять звуковий або світловий випромінювачі, які використовуються як подразники, а електронна частина пристрою являє собою контролер крокового двигуна та мікроконтролер. UA 106590 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ЧАСОВИХ ПАРАМЕТРІВ ХАРЧОВОГО УМОВНОГО РЕФЛЕКСУ UA 106590 U UA 106590 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до експериментально-медичної техніки, а саме до пристроїв, які застосовуються для дослідження функції роботи мозку в нормі та при патологіях. До таких патологій належать неврологічні захворювання. Це патології, хронічний стан організму, пов'язаний з розладом центральної (ЦНС) та/або периферійної (ПНС) нервової системи. Тому, дуже важливим є вивчення механізмів виникнення хвороб ЦНС і ПНС та розробка нових ефективних препаратів для лікування цих захворювань. З цією метою у медикобіологічних дослідженнях використовують моделювання хвороб на тваринах, в особливості при дослідженні нейродегенеративних хвороб - вивчають зміни у функціонуванні ЦНС на лабораторних тваринах. Найбільш широко використовуваним маркером функціонального стану ЦНС є оцінка характеристик сенсомоторної реакції (SMR). У більшості випадків встановлення динаміки або інших відмінностей SMR здійснюється через аналіз змін часу реакцій (RT). Для пояснення більшості нейрофізіологічних процесів, які обумовлюють RT, часто використовується поняття "латентний період" (LP) - час між початком дії подразника і виникненням моторної відповіді. Величина LP обумовлена здійсненням фізико-хімічного процесу в рецепторі, проходженні нервового імпульсу по провідних шляхах, аналітико-синтетичної діяльності в структурах головного мозку і спрацьовуванням м'язів. Виявлено залежність швидкості і точності показників SMR від стійкості уваги, тривоги, віку, патологічних факторів. У зв'язку з цим вони широко використовуються як об'єктивні і досить надійні індикатори функціонального стану ЦНС у здорових людей, в клінічних дослідженнях і в експериментах на тваринах при моделюванні різних нейродегенеративних захворювань. Суть умовного харчового рефлексу полягає в спробах піддослідного дістати їжу із певного місця після звукового або світового сигналу. Ці поведінкові спроби характеризуються часовими параметрами (швидкість реагування на сигнал, швидкість діставання їжі та ін.). Такі часові параметри відображають ефективність роботи ЦНС піддослідного. Тому, розробка пристрою для досліджень роботи ЦНС за допомогою визначення часових параметрів набутого умовного харчового рефлексу має безсумнівний науковий та практичний інтерес. Найбільш близьким до корисної моделі і прийнятим за найближчий аналог є "Pet care center with refrigerated automatic feeder" (патент US 6766766 B1, 2004). Пристрій-найближчий аналог складається з - автоматичного подавача їжі; - харчового лотка карусельного типу; - двигун для обертання лотка; - електроніка з таймером для керування двигуном; - холодильна установка; - центру утилізації відходів; - кришка для доступу до резервуара з їжею та його очистки; - дверцята для додавання води чи їжі в резервуар. Основними недоліками пристрою-найближчого аналога є те, що він має обмежені технічні можливості, а саме: - подача їжі проводиться лише в строго задані моменти часу; - немає контролю наявності їжі в комірці і відповідно немає зворотного зв'язку з механізмом, що контролює подачу їжі; - відсутній зв'язок і контроль з боку персонального комп'ютера; - дані про витрати їжі не фіксуються; - підходить лише для задоволення фізіологічних потреб піддослідного. Ці недоліки обмежують проведення експерименту по дослідженню мозкової активності піддослідного. Задачею корисної моделі, що заявляється, є розробка пристрою для досліджень роботи ЦНС за допомогою визначення часових параметрів набутого умовного харчового рефлексу. Технічним результатом корисної моделі, що заявляється, є розширення технічних можливостей пристрою завдяки можливості контролю наявності їжі, контролю перебування кінцівки піддослідного у комірці з їжею та реєстрації часових параметрів умовного рефлексу (часу реагування, часу діставання та інші) з подальшим збереженням отриманих даних. Поставлена задача вирішується тим, що корисна модель має розширені технічні можливості, які забезпечуються введенням інфрачервоних датчиків та мікроконтролера для керування подачею їжі та реєстрації часових параметрів умовного рефлексу піддослідного за допомогою комп'ютера та збереженням отриманих даних у цифровому вигляді. Корисна модель пояснюється функціональною схемою пристрою, представленою на фіг. 1. Тарілочка (1) із комірками (2) для харчових кульок кріпиться до вала крокового двигуна (3), який 1 UA 106590 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зафіксований на платформі. Кожна комірка (2) має у дні маленький просвіт. Система забезпечена інфрачервоними датчиками (4-5, 4-6, 4-7). Інфрачервоний датчик (4-5) використовується для визначення початкового "нульового" положення тарілочки (1) і розташований біля нижньої частини двигуна, де знаходиться диск із отвором (8). Інфрачервоний датчик (4-6) використовується для визначення положення комірок та наявності в них їжі. Датчик (4-7) використовується для виявлення наявності кінцівки піддослідного у віконці для забирання їжі (9) і розташований на стінці з віконцем для їжі (9). Тарілочка (1) та диск (8) кріпляться відповідно до верхньої та нижньої частини вала крокового двигуна (3) та обертаються навколо осі крокового двигуна. Положення тарілочки (1) та диска (8) суміщене таким чином, щоб просвіт першої комірки тарілочки (1) співпадав з отвором диска (8). В пристрої в стінці біля тарілочки, відповідним чином також розташовані звуковий (10) або світловий (11) випромінювачі, які використовуються як подразники. Освітлення пристрою відбувається за допомогою окремого освітлювача (12). На фіг. 2 представлена блок-схема пристрою, який складається з силового блока живлення 24 В (13) для крокового двигуна (3) та його контролера (14), блока живлення 5 В (15) для живлення мікроконтролера (16) та блока світлодіодів (4, 5, 6, 7). Блок інфрачервоних випромінювачів (4) постійно підключений до блока живлення 5 В (15). Контролер крокового двигуна (14) підключений до обох джерел живлення (13) та (15) та керується мікроконтролером (16). Мікроконтролер (16) забезпечує взаємодію між комп'ютером (17), контролером крокового двигуна (14), інфрачервоними датчиками-приймачами (5, 6, 7) та звуковим (10) та світловим (11) випромінювачами. Блок інфрачервоних датчиків (5, 6, 7) дозволяє визначати положення "нульового" положення тарілочки (приймач 5); положення комірок тарілочки відносно позиції віконця для забирання їжі і наявності їжі в комірці (приймач 6) та наявності кінцівки піддослідного у віконці для забирання їжі (приймач 7). Кроковий двигун (3) керує шляхом обертання положенням тарілочки (1) відносно віконця для забирання їжі (9). Пара датчика (4-5) розміщена таким чином, щоб можна було визначити положення тарілочки (1) в стартовому положенні. Визначення стартового положення тарілочки (1) здійснюється на початку експерименту наступним чином. Кроковий двигун (3) обертає пусту тарілочку (без корму) до тих пір, доки на датчику (5) не з'явиться сигнал з випромінювача (4), що відбувається коли отвір диска (8) співпаде з віссю пари датчика (4-5). Це положення вважається нульовим або стартовим положенням. В той же час, також здійснюється визначення розташування комірок відносно харчового віконця наступним чином. Пара датчика (4-6) кріпиться на стінці біля харчового віконця таким чином, що між парою проходить край тарілочки в області комірок з просвітом (2) під час обертання тарілочки (1). Цей датчик (4-6) визначає положення кожної комірки при співпадінні просвіту комірки з віссю між цією парою датчика, а мікроконтролер (16) відраховує, скільки кроків двигуна здійснюється для переміщення тарілочки (1) від стартової позиції до просвіту кожної наступної комірки. Ці значення положення комірок у стані "відкрито" відносно харчового віконця записуються у масив даних мікроконтролером - таким чином, визначається положення комірок (2) в системі відліку крокового двигуна (3). Після загрузки комірок кормом пара датчика (4-6) визначає наявність корму в комірці шляхом наявності або відсутності просвіту комірки, який закривається при наявності корму. При відсутності корму двигун (3) повертає наступну комірку у "відкрите" положення відносно харчового віконця після подачі звукового (10) або світлового (11) сигналу. Пара датчика (4-7) розташована на стінці з віконцем таким чином, що вісь між парою датчика перетинає харчове віконце (9) і реагує на перетин віконця піддослідним. Таким чином, цей датчик реєструє спробу піддослідного дістати їжу із комірки. Пристрій працює таким чином. Блоки живлення (13) та (15) перетворюють змінну напругу в постійну напругу 12 В для силового живлення крокового двигуна (3) через контролер (14) та постійну напругу 5 В (15) для живлення інфрачервоних випромінювачів (4), датчиків-приймачів (5, 6, 7), випромінювачів акустичних (10) або світлових (11), мікроконтролера (16) та керування контролером крокового двигуна (14). Кроковий двигун (3) керує положенням тарілочки (1), відповідає за подачу їжі шляхом повороту тарілочки для співпадіння комірки з кулькою їжі з віконцем для подачі їжі (9), що забезпечує положення тарілочки у стані "відкрито" або "закрито", коли сторона тарілочки між комірками знаходиться напроти віконця. Блок інфрачервоних випромінювачів (4) разом з блоком інфрачервоних датчиків (5, 6, 7) складають три пари "світлодіод-фототранзистор" для реєстрації положення тарілочки (датчик 4-5), визначення положення комірок або наявності їжі в комірці тарілочки (датчик 4-6) та наявності кінцівки піддослідного у віконці для забирання їжі (датчик 4-7). В залежності від отриманих даних з датчиків, мікроконтролер (16) регулює поворотом тарілочки час затримки між подачами їжі та увімкнення звукових (10) та/або світлових (11) випромінювачів. Також можливе керування 2 UA 106590 U 5 10 15 20 25 випромінювачами (4) чи кроковим двигуном (3) за допомогою персонального комп'ютера (17), який також використовується для запису отриманих даних. Пристрій описаний вище, дозволяє автоматизувати експеримент з піддослідним з мінімальною участю оператора, отримати числові параметри умовного рефлексу та автоматизувати запис отриманих даних до комп'ютера з подальшою обробкою. Таким чином, корисна модель дає можливість проводити медико-біологічні експерименти по оцінці набутого харчового рефлексу піддослідних, що забезпечує отримання часових параметрів функціонування центральної нервової системи. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для визначення часових параметрів харчового умовного рефлексу, що містить у собі тарілочку із комірками для харчових кульок, яка кріпиться до крокового двигуна, який відрізняється тим, що він містить інфрачервоні датчики та диск із отвором для визначення "нульового" положення тарілочки, контролер крокового двигуна для визначення положення тарілочки, інфрачервоні датчики для визначення наявності їжі в комірці тарілочки та для виявлення наявності кінцівки піддослідного у віконці для забирання їжі, крім того, до пристрою входять звуковий або світловий випромінювачі, які використовуються як подразники, а електронна частина пристрою являє собою контролер крокового двигуна та мікроконтролер, що живляться силовим блоком живлення 24 В та блоком живлення 5 В, який живить мікроконтролер та блок світлодіодів, при цьому контролер крокового двигуна підключений до обох джерел живлення і керується мікроконтролером, який в свою чергу забезпечує взаємодію між комп'ютером, контролером крокового двигуна, інфрачервоними датчиками та звуковим або світловим випромінювачами і за допомогою комп'ютера проводить розрахунки часових параметрів. 3 UA 106590 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4