穿梭箱實驗視頻分析系統(tǒng)使用方法

                                    
一、系統(tǒng)介紹

穿梭箱實驗( Xmaze shutter)是定量測定動物行為學(xué)改變的經(jīng)典實驗，屬于經(jīng)典的聯(lián)合型學(xué)習(xí)條件反射，動物通過學(xué)習(xí)能回避有害的刺激。上海欣軟SuperAPAS穿梭箱底部為不銹鋼柵，使用電流加非條件刺激，電擊動物足底。頂部配置有噪聲發(fā)生器或光源，用來產(chǎn)生條件刺激。條件刺激數(shù)秒鐘后電擊。若在鈴聲刺激安全間隔期內(nèi)大鼠逃向安全區(qū)則為主動回避反應(yīng)；如果在條件刺激安全間隔期內(nèi)大鼠未逃向安全區(qū)，則通以交流電擊后逃向安全區(qū)的為被動回避反應(yīng)陽性，否則為主動、被動回避反應(yīng)陰性，此為一個循環(huán)周期。經(jīng)過反復(fù)訓(xùn)練后，只給條件刺激，大鼠即逃到對側(cè)安全區(qū)以逃避電擊，此即形成了條件反射或稱主動回避反應(yīng)，計算機自動控制系統(tǒng)可記錄相關(guān)的動物行動參數(shù)。主動回避時間是指動物接受條件刺激的時間長短，該值越短，說明動物主動回避反應(yīng)越迅速，學(xué)習(xí)記憶能力越強。
上海欣軟SuperAPAS穿梭箱實驗視頻分析系統(tǒng)是一款基于視頻圖像識別處理的動物主被動回避行為檢測系統(tǒng)，采用上海欣軟公司自主研發(fā)的幀對幀算法（Fream to Fream）實時判斷實驗過程的主動回避以及被動回避行為。該系統(tǒng)完全可以替代我們的實驗員，降低了早先人眼觀測記錄的誤差。SuperAPAS對實驗過程錄像并對圖像跟蹤分析，同時支持1-4只動物實驗，最多可擴展至8只動物。指標(biāo)數(shù)據(jù)自動輸出到PC機，可對實驗過程進(jìn)行分析并可打印實驗報告。被廣泛用于學(xué)習(xí)記憶功能、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、神經(jīng)藥理學(xué)、認(rèn)知功能退行性變性等實驗研究方面的研究，簡單易操作，容易判別結(jié)果，可信度高，既可以單獨作為檢測實驗提供課題參數(shù)，也可以作為其他學(xué)習(xí)記憶和認(rèn)知功能實驗的輔助或預(yù)篩選實驗。目前被廣泛用于大、中專醫(yī)科院校、科研單位進(jìn)行實驗教學(xué)、抗抑郁類藥物以及恐懼記憶機制的研究工作。

二、軟件平臺特性

1.支持大小鼠：在穿梭箱實驗過程中，大鼠和小鼠可能會表現(xiàn)出不同的狀態(tài)行為。SuperAPAS軟件可以同時應(yīng)用于大鼠和小鼠實驗。

2.高通量：SuperAPAS軟件支持1-4只動物同時開展實驗，最多可擴展至8只動物。所有的測試指標(biāo)都是在實驗過程中實時同時產(chǎn)生的，錄像完畢可以將測試指標(biāo)一鍵導(dǎo)出至Excel表。每只動物可以單獨開始和單獨停止分析。

3.多種刺激類型：SuperAPAS軟件可以支持條件刺激和非條件刺激等多種刺激類型：條件刺激包括聲刺激和光刺激，非條件刺激類型包括電刺激。其中，聲刺激可調(diào)強度0-255級，音頻范圍10-20000HZ,光刺激強度0-255級可調(diào)，電刺激范圍0-4A。

4.狀態(tài)實時顯示：每只動物視頻采集分析過程中后，軟件可以實時顯示動物狀態(tài)行為與條件刺激的對應(yīng)關(guān)系，讓用戶可以實時了解實驗進(jìn)展，同時可以在實驗結(jié)束后對數(shù)據(jù)進(jìn)行校正核定。

5先進(jìn)的過濾算法.：SuperAPAS軟件支持灰度識別算法和背景識別算法，用戶可以通過實驗背景的復(fù)雜程度選擇合適的識別算法。同時，SuperAPAS提供了多種檢測過濾算法，比如可以有效過濾電柵欄泛光引起的噪點、可以過濾光刺激過程中引起的局部變亮、能夠有效濾除動物“嗅探式的穿梭行為”和“搖擺不定的穿梭行為”。

6.先進(jìn)的圖像處理技術(shù)：穿梭箱系統(tǒng)采用先進(jìn)的圖像處理算法，將被測動物的形狀變化以及其它因素綜合處理，得到的因子作為判決條件，同時還設(shè)有電柵欄消除閾值，其穩(wěn)定性和可靠性是通常采用重心跟蹤算法所無法匹及的，改功能包括：

（1）穿梭箱系統(tǒng)具有獨特的數(shù)據(jù)分析和處理方式，既可以按照刺激發(fā)生的事件進(jìn)行分析，也可以按照時間進(jìn)行分段分析，數(shù)據(jù)可以導(dǎo)出到Excel中進(jìn)行二次分析；

（2）支持使用攝像頭進(jìn)行實時跟蹤，也支持使用事先錄制好的視頻文件進(jìn)行離線跟蹤，分辨率可達(dá)到640×480；

（3）在使用攝像頭進(jìn)行實時跟蹤的同時，可以進(jìn)行實況錄像；

（4）獨創(chuàng)的事件關(guān)系圖功能，能夠使實驗人員更好地將外界刺激與動物的行為關(guān)聯(lián)起來。

三、硬件特性

1.superShocker控制器

SuperShocker控制器為全數(shù)字多功能刺激器，是采用先進(jìn)的微處理器工業(yè)控制技術(shù)研發(fā)的全數(shù)字控制恒定電流電刺激器、聲音刺激器和光刺激器，適用于穿梭、跳臺、Y迷宮、八臂迷宮、條件性恐懼等動物行為學(xué)實驗。在動物身體的不同部位接觸電極時，通過動物身體的刺激電流保持恒定，避免了對動物組織的傷害。
SuperShocker全數(shù)字多功能刺激器同時提供雙電極直流輸出和9電極交流/直流脈沖擾頻輸出，可以同時滿足用戶已有電柵欄的規(guī)格要求。其9電極交流/直流脈沖擾頻輸出可以避免原雙電極輸出時，動物接觸同一極性電擊而逃避電擊的問題，通過在9根電極上電流極性的不斷切換，使動物在任何情況下都能接受到電刺激。
SuperShocker全數(shù)字多功能刺激器的A/B通道切換輸出功能專為穿梭實驗設(shè)計。

2.穿梭箱

穿梭箱包涵大小鼠實驗箱、視頻盒以及電柵欄。

(1)大小鼠實驗箱適合開展大鼠和小鼠的穿梭實驗，更換插板后也可用于避暗實驗。

小鼠規(guī)格：266mm*160mm*200mm，大鼠規(guī)格：480mm*240mm*300mm

(2)視頻盒:視頻盒可以用于實驗視頻錄制，可以控制實驗箱內(nèi)部的光線強度。

(3)電柵欄:電柵欄采用9路電流循環(huán)輸出設(shè)計，可以杜絕動物刺激“盲區(qū)”。

四.刺激指標(biāo)：

（1）觀察時間：動物完成所有測試所花費的實驗時間，該時間越短，說明動物記憶能力越強。

（2）總路程：動物在整個實驗中的運行路程，可初步反映動物的活動量大小。

（3）穿梭總次數(shù)：動物在適應(yīng)期、刺激期以及刺激間隔期內(nèi)的穿梭次數(shù)總和。

（4）主動回避次數(shù)：動物在條件刺激（聲光刺激）期內(nèi)成功逃至安全區(qū)為主動回避。

（5）被動回避次數(shù)：動物在非條件刺激（電刺激）期內(nèi)逃至安全區(qū)為被動回避。

（6）無反應(yīng)次數(shù)：動物在所有刺激過程中沒有發(fā)生逃避行為，稱之為無反應(yīng)。

此外，軟件還可以測試以下指標(biāo)：

1. 主動回避潛伏期、被動回避潛伏期、無反應(yīng)潛伏期
2. 主動回避平均反應(yīng)時間、被動回避平均反應(yīng)時間

五.系統(tǒng)組成：

（1）通用穿梭實驗箱：含攝像頭、照明裝置（燈光亮度可調(diào)）；

（2）大小鼠組件：糞便清理盒、電柵欄；

（3）視頻采集卡：USB、PCI插槽兩種可選；

（4）SuperShocker動物行為學(xué)主控器：控制加電、燈光、揚聲器；

（5）視頻線；電源線；軟件安裝U盤；加密狗；

（6）畫面合成器1臺

（7）（選配）通用隔音箱：含貓眼裝置、夾層吸音棉