一、产品介绍背景

      Jet Ball Phenosys动物虚拟行为学实验系统是一种新型虚拟现实实验系统。它基于一个气垫球跑步机，固定的实验动物可以通过这个气垫跑步机在虚拟空间里运动。虚拟现实提供了一个完全可控的实验环境，可以用于研究导航，认知，学习和记忆。

      Jet Ball可以和电生理、光遗传、成像系统结合使用，在虚拟现实中观察动物简单或复杂的行为。

      电生理，成像等技术已经被广泛应用于研究脑功能的实验中，但是由于技术要求的局限性，在体的研究中主要是通过麻醉的动物上实现的，而如何对自由活动的动物进行研究成为目前的科研难点。Phenosys动物虚拟行为学实验系统采用头颅固定的方式，因此可结合电生理，光遗传或成像技术，对动物在虚拟现实的环境中进行简单或复杂的行为学实验。

二、产品组成

组成部分

硬件：
•TFT环绕监视系统：

1. 虚拟现实场景通过TFT环绕监视系统来实现。TFT环绕监视系统由6个19寸的显示器以270度的科学精算角度（无盲点）围成八角形，同时，显示器的高分辨率（1280（x3）x 1024pixels），对比度（2000：1）以及反馈时间（20ms），这些都使得实验动物在虚拟世界中处于真实的环境。

2. TFT显示器设置了四个音响支架，可选择性的放置音箱提供声音效果以及听觉刺激

3. 可以在虚拟现实场景中设定规定时间中的标记对实验动物进行实验刺激

4. 环绕监视系统上方有足够的空间搭建其他设备，如显微镜等。

气流悬浮球系统:
气流悬浮球系统包括一个铝制球架，球架底部备有压缩气体供气装置，通过供气使得聚苯乙烯球悬浮。

可选择两种规格：

球体直径20cm用于小鼠研究；

球体直径30cm用于幼年大鼠研究；

可定制：球体直径50cm用于成年大鼠

•可伸缩装置:
可伸缩装置用于控制奖励惩罚机制。

 

•X/Y运动感应装置:
X/Y运动感应装置探测用于悬浮球的二维坐标，并协调悬浮球与虚拟世界的真实性。

 

•触觉刺激系统:
当实验大\小鼠在虚拟迷宫中遇到虚拟屏障时，触觉刺激装置会吹出气体刺激大小鼠胡须，模拟真实环境中的碰触墙壁的效果，给予实验动物真实的触觉迷宫环境。Phenosys动物虚拟行为学实验系统

触觉刺激装置左右各一个，位置可调节。

 

 

 

 

•听觉刺激系统:
听觉刺激系统包括4个环形圆顶高频扬声器组成的3D立体声系统，放大器，音频接口及软件。

 

•味觉刺激系统:
味觉刺激系统由一套液体舔舐传感装置和一个蠕动泵组成,通过球架上的可伸缩装置进行控制,从而可对实验动物进行味觉刺激或者奖励机制的设定。

 

•嗅觉刺激系统:
嗅觉刺激系统由一个高灵敏度的8通道嗅觉测量器组成.通过球架上的可伸缩装置对实验动物进行嗅觉刺激.

 

•头部固定装置:
头部固定装置用于固定在悬浮球上运动的实验动物，固定器重量仅为2g，方便实验动物在虚拟现实场景中进行运动。固定器的支架可方便灵活的调节角度和位置。固定器的孔可定制。Phenosys动物虚拟行为学实验系统

 

 

•惩罚机制系统:
可伸缩装置通过控制迎面的air puff 可作为实验动物的一个惩罚机制。

 

•奖励机制系统:
可伸缩装置通过控液体舔舐传感装置可以在虚拟现实系统对实验动物进行奖励机制。

 

•挫折感机制系统:
可人为的通过刹车装置让运动中的实验动物无法继续行走，产生挫折感。

 

 

软件组成:
•PhenoSoft Control：通过图形界面控制所有硬件组件系统 （Fig.9）

•PhenoSoft VR：构建各种实验所需的场景迷宫，包括大小，地标，颜色以及纹理（Fig.10）

•PhenoSoft Schedule：流程图和状态图编写实验计划

 

软件

基础软件包包括：

1. 通过图形界面来控制硬件组件

2. 构建自定义的迷宫（大小、地标、颜色和纹理）

3. 用流程图或状态图来显示实验进度

模块化的解决方案

基本球架装置配备一个可伸缩操作装置，一个舔舐传感器和一个用来输送液体作为奖励机制的蠕动泵。也可选配作为惩罚机制的air puff。

虚拟现实平台高度灵活可调，刺激不仅可用于视觉，还可扩展到声音，气味和触觉。此外，我们还提供一个制动装置，灵活控制球的运动。

声学

3D声学系统包括4个环型圆顶高音音响，放大器，音频接口和软件。

气味

多通道气味调节阀快速响应嗅觉刺激，有1-8个平行通道，通过球架的可伸缩装置。

胡须刺激

当动物遇到虚拟屏障时，会有气体从左侧或者右侧吹出，刺激动物胡须。

惩罚机制

通过迎面气体刺激

制动系统

制动系统可以通过软件控制，如：当动物碰到虚拟墙壁

三、产品应用

1. 用于观察实验动物在虚拟现实中的复杂行为，也可以与电生理，光遗传和成像系统结合使用。

2. 条件反射可操作性

3. 学习和记忆过程

设置

1. 环绕型监视器（TFT，高对比度和亮度）或球型环绕监视器（270°镜像投影，实现无缝投影）

2. 易于与外部设备相接

3. 可伸缩装置：奖（水）惩（气体刺激）

4. 普通迷宫（T迷宫，十字迷宫，径向臂迷宫，开放场等）或定制的虚拟现实场景

5. 条件反射可操作性

选配

1. 3D声音系统，快速响应气味发生器，触觉刺激，制动系统，惩罚机制

2. 20cm球针对小鼠

30cm球针对幼年大鼠

50cm球针对成年大鼠（可选）

3. 自定义编程条件反射可操作性和虚拟场景

 

虚拟实境与电生理膜片钳记录
头颅固定与虚拟实境相搭配：科研界**能在自由活动的动物大脑中稳定地采集到电信号！

 

特点说明：

膜片钳记录需要超高稳定性的系统支持，活体膜片钳记录目前为止都是在麻醉动物身上进行，动物麻醉后无法模拟真实环境下对外界刺激的反应。因此*好的实验系统是在活动动物身上做记录。既要能让动物自由活动完成任务，又要维持稳定性记录大脑电生理信号，可通过虚拟实境系统能完成这项任务。虚拟实境系统采用头颅固定方式，搭配视觉、嗅觉、听觉、味觉、与触觉等所有与真实环境相似的外界刺激，让动物在三维空间中自由运动。同时搭配无限可能的迷宫设计，在狭小的实验室空间内模拟了各种可能的迷宫，大大增加了空间自由度 。

 

 

虚拟实境与双光子、共聚焦荧光显微镜记录
头颅固定与虚拟实境相搭配：科研界**能在自由活动的动物大脑中，稳定地采集到细胞影像！

 

特点说明：

与活体膜片钳记录相同，活体双光子记录目前为止都是在麻醉动物身上进行，动物麻醉后无法模拟真实环境下对外界刺激的反应。因此*好的实验系统是在活动动物身上做记录。既要能让动物自由活动完成任务，又要维持稳定性记录大脑皮层的细胞形态，可通过虚拟实境系统能完成这项任务。虚拟实境系统采用头颅固定方式，搭配视觉、嗅觉、听觉、味觉、与触觉等所有与真实环境相似的外界刺激，让动物在三维空间中自由运动。同时搭配无限可能的迷宫设计，在狭小的实验室空间内模拟了各种可能的迷宫，大大增加了空间自由度。Phenosys动物虚拟行为学实验系统

 

四、技术参数

1.系统提供一组6个19寸屏幕组成的环绕TFT屏幕，其环绕角度完全覆盖啮齿类动物270度的视角.对比度达到2000:1，明亮度达到300cd/m2，能够清晰的显示虚拟环境，

2.提供两种不同规格的球架，适合大小鼠实验： M：直径为20cm的球（适用于小鼠）；L：直径为30cm的球（适用于幼年大鼠）；

3．Ball holder具有8个平均分布的出气孔，能够平稳的浮起浮球。Head holder提供5个维度的刻度值，能够准确记录动物的位置。

4.提供控制组件:提供一台计算机和一个封闭电路。并提供压力调节阀和流量计来控制压缩气体供气装置。

5.提供基础软件：通过图形界面来控制硬件组件，能够编辑T迷宫，十字迷宫，径向臂迷宫，旷场等，并可根据实验要求构建自定义的迷宫（大小、地标、颜色和纹理）。用流程图或状态图来显示实验进度，并可自定义编程条件反射可操作性和虚拟场景；

6.提供12-bit 8通道的模拟信号通道，提供xy坐标的输出和听觉，味觉，触觉等事件触发

7.提供2个24通道的TTL数字信号输出端口，实时同步输出事件触发刺激信息。例如：脑刺激产生的时间标记、位置、速度等结果，兼容MATLAB控制operant device的触发

8. XY-motion sensor的分辨率能够达到200-5700dpi，30G的*大加速度和达到4.19m/second的追踪速度，能够准确提供虚拟空间中的坐标和真实运动坐标。

9.基本球架装置配备可伸缩操作装置，一个舔舐传感器和一个用来输送液体作为奖励机制的蠕动泵。也可选配作为惩罚机制的air puff。

10.提供3D声学系统：*多可配4个环型圆顶高音音响，配有音频接口和软件，频率达到1500-40000Hz，共鸣频率为500Hz，提供24-bit/96kHzd的8个模拟信号通道。

11.嗅觉刺激：提供多通道气味调节阀快速响应嗅觉刺激，*多可配8个平行通道，

12.触觉刺激（胡须刺激）：当动物遇到虚拟屏障时，会有气体从左侧或者右侧吹出，刺激动物胡须。

13.提供惩罚机制，通过迎面气体刺激来实现惩罚

14.提供制动系统，并可以通过软件控制，给予动物挫折感

15. 提供小于2g的金属bar（头部固定装置）。

动物行为分析软件：

VisuTrack软件

SuperMaze软件

FishTrack斑马鱼分析软件

动物行为仪器：

自身给药、条件恐惧、斯金纳、震惊反射（PPI）、跑步机、各类经典迷宫等

动物抓挠分析仪、动物震颤行为分析仪、动物捕食行为分析仪

动物主动步态分析、动物被动步态分析、动物自由步态分析（内测中）

睡眠剥夺仪、体温维持仪、智能热板仪、转棒疲劳仪、鼠尾光照测痛仪等

神经电生理：

光遗传、无线光遗传

光纤记录系统（单通道、多通道）

电生理信号采集系统（脑电、肌电等）

 

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