小鼠学习行为训练的场景调节系统研究文献综述

 2022-09-22 11:34:45

文献综述与调研报告:

本项目是受中国科学院神经科学研究所所委托,设计用于在可调节场景下对小鼠进行学习行为训练的程控自动化系统,用于分析小鼠在不同场景条件训练下所做出的条件反射。小鼠经过该系统的训练,可以形成条件反射与辨别学习等能力。该系统的成功设计能够为大脑神经活动和行为之间的相关性研究提供实验平台[4]

根据调研,动物行为学训练的系统应用十分广泛:例如2008年由周江宁、吴旭、陈贵海等人提出的“用于对小鼠的学习记忆能力进行测试的环形平台”[1],以及2011年由朱启文、曹伟平、赵建文等人提出的“闭合旋转式迷宫的动物记忆训练系统”[2],还有2014年由Chihiro Homma, Atsushi Kamoshida,Takayuki Suzuki 等人提出的“真实和虚拟世界中用于小鼠触觉辨别学习的自动训练系统”[9]等等都是十分典型的学习行为训练系统。具体了解之后,我发现上述各系统存在着以下几点不足之处:

一是需要人力介入。系统需要人工记录训练的结果和重要时间节点,再对数据进行综合分析得出结果。行为训练的效率和精度都很低[1][2][10]。

二是不能实现程控自动化,也不能远程实时监控训练的过程和进展[5],对方案进行调整,而且可重复性差。

三是训练环境的大小、形状、背景等参数一旦设计好就不可以在训练过程中进行调整,对动物行为学的研究范围较窄:不能研究不同的视觉冲击,如背景花纹的变化、环境空间的运动对老鼠的神经系统和行为的影响,不能研究小鼠空间视觉的形成和细胞成像的特点[6][8],也不能实现一套系统用于多种模式的训练。

与此同时,在与中国科学院神经科学研究所的交流中,我又了解到此前上海神经所曾从某企业定制过一个基于Arduino的学习行为训练系统,该系统出现了以下几点问题:

一是鲁棒性差,系统经常出现异常状况,不能及时响应,需要人工手动修复。出现这种情况的原因可能是,系统结构不够灵活,没有采用中断触发的方式,没有留下测试、除错和日志记录的空间。

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