一种基于触屏操作箱视觉空间配对学习的实验与分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于触屏操作箱视觉空间配对学习的实验与分析方法，提取触屏操作箱配对联想学习实验过程中的训练实验原始数据；顺序提取每试次实验所产生的不同图形刺激物组合和与之对应的实验动物触击屏幕的位置；预设触击屏幕正确位置并统计每试次正确项；计算得出训练阶段实验动物个体的总正确率、单对视觉空间配对组合正确率和单对视觉空间配对组合固执率；根据训练阶段最后一天单对视觉空间配对组合固执率确定向PAL测试阶段进行转换的实验动物；提取转换到测试阶段的实验动物所产生的实验原始数据，计算得出测试阶段实验动物个体的总正确率以及单对视觉空间配对组合正确率。本发明专利技术可以在较短试验周期内判定不同组别实验动物学习能力的区别。

【技术实现步骤摘要】
一种基于触屏操作箱视觉空间配对学习的实验与分析方法
本专利技术属于动物行为学实验
，具体涉及一种基于触屏操作箱视觉空间配对学习的实验与分析方法。
技术介绍
配对联想学习(PAL)是一种联想记忆任务，并在认知能力检测上具有跨物种相似性。而视觉空间配对学习是配对联想学习的模式之一，其通过人类或动物在多个阶段中掌握物体与位置之间的联系来检测学习记忆能力。该实验技术应用面甚广，常被用于检测人类或啮齿动物的轻度认知功能障碍。由于水迷宫和八臂迷宫实验往往只能检测分辨出空间认知功能损伤较为严重的啮齿动物，而在复杂的认知功能水平检测上受限很大，故该技术较常被用于评估人类或啮齿动物在精神分裂症和阿尔兹海默症等疾病下所出现的轻度认知功能损伤等早期症状，并在啮齿动物模型中用来评估所研发药物的治疗潜力或新疗法的效用。因而该技术在临床诊断和科研探究上都具有十分重要的意义。触屏操作箱是一种评估啮齿动物认知能力而设计的行为学实验装置，其认知能力的高低常通过该操作箱中视觉空间配对联想学习的效果进行观察。该实验过程分为训练阶段和PAL测试阶段。在训练阶段中，实验常会分为5-6个阶段性步骤，使得实验动物学习并掌握整个测试试次所需要的全部实验行为，包括：训练动物接受试次开始信号；对屏幕上出现的刺激图像进行触碰反应；触碰正确后获得食物奖励；触碰错误接受5s的罚时。在随后的PAL测试阶段中，实验人员会设计三种不同的图形刺激物与相应的位置匹配，即三对正确的视觉空间配对组合。例如，当左侧位置出现花朵时或中间位置出现飞机时或右侧位置出现蜘蛛时，触碰该屏幕即为正确反应，若触碰错误位置的另一个图像则为错误。通常在测试阶段记录每天动物的总学习正确率，作为其认知能力高低的评估方法。例如，AndrewJ.Roebuck等人研究发现通过MK-801构建的精神分裂症模型小鼠中，在PAL测试阶段其准确率和完成时间相比于对照组都显著降低；其团队还报道在急性束缚应激下，LE雄性大鼠在PAL测试中的效率与准确性明显高于对照组，而这一现象在仅注射皮质醇的实验组中并未出现，这可能与不同处理在杏仁核释放的儿茶酚胺的能力有关；胆碱能神经传递受损与老龄化和阿尔兹海默症密切相关，CarolaRomberg等人发现在M2型毒蕈碱型受体缺陷的小鼠中，其PAL测试阶段物体-位置关联学习能力受损，准确率较于对照组显著降低；该结果与阿尔兹海默症相关的VAChT基因敲除小鼠表现一致。故该实验技术可以在科学研究中区分认知能力正常与受损动物。虽然该实验方法目前在科学研究中作为一种视-空配对关联学习能力的评估手段，但由于其行为范式较为复杂，检测时程长，单一评估指标的检测区分效度有限等缺点，运用此常规的实验方法观察并区分不同处理组实验动物的认知能力时，存在检测程序标准不统一，建模周期长，可操作性差，评价指标不足等问题，具体说来：首先由于检测程序复杂且缺乏统一标准，测试阶段动物对任务规则的训练学习充分程度的差异可能影响测试阶段的实验结果，难以准确评估其配对关联学习能力。例如，在测试初期一些实验动物的正确反应率呈现“地板效应”，各个实验组区分度较小，导致实验结果受误差影响非常大；其次，总学习正确率的评估指标不能反映实验动物在动态的复杂视-空配对任务中的学习过程，问题解决策略建立过程，及其学习策略等，使得该方法的信度和效度不足，难以进行更精细的实验分析，也无法准确评估动物学习能力，这些皆为现有实验方法的不足之处。
技术实现思路
为了解决现有配对联想学习实验中通过分析总学习正确率来判定实验动物认知能力的分析方法，具有实验程序缺乏统一标准、有效性低、无法探究学习策略与效度等问题。本专利技术提供了更多有效的实验参数和新的实验分析方法，为此，本专利技术提供了一种基于触屏操作箱视觉空间配对学习的实验与分析方法。具体实施方案如下：一种基于触屏操作箱视觉空间配对学习的实验与分析方法，提取触屏操作箱配对联想学习实验过程中所产生的训练阶段实验原始数据；顺序提取每次实验所产生的不同图形刺激物组合和与之对应的实验动物触击屏幕的位置；预设触击屏幕正确位置，自动统计每试次的正确与否；经计算得出训练阶段实验动物个体的总正确率、单对视觉空间配对组合正确率和单对视觉空间配对组合固执率；根据训练阶段最后一天单对视觉空间配对组合固执率确定向PAL测试阶段进行转换的实验动物；提取转换到测试阶段的实验动物所产生的实验原始数据，经计算得出测试阶段实验动物个体的总正确率以及单对视觉空间配对组合正确率，并对实验动物的认知能力作出评估。通过将训练阶段最后一天实验动物个体所得出的单对视觉空间配对组合固执率，将单对视觉空间配对组合固执率低于40％的实验动物向PAL测试阶段进行转换，未满要求的实验动物个体则淘汰。在训练阶段，触碰操作箱内所设置的三块触摸屏各对应一个预设正确的图形刺激物，每试次时随机的两块屏幕出现两个相同的刺激物，且其中一块屏幕对应预设正确的图形刺激物，一块屏幕出现空白；当实验动物选择正确位置的图形刺激物时，该试次视为正确且下一试次随机出现与此试次不同图形或位置的刺激物组合；当实验动物触碰错误位置的图形刺激物或空白屏幕时，则该试次视为错误且下一试次仍出现相同图形与位置的刺激物组合，直至实验动物选择触碰正确位置的图形刺激物为止，并根据下述公式计算单对视觉空间配对组合固执率：设置训练阶段为14天，每天训练时间小于1小时，且1小时内完成100个试次停止，其中训练阶段实验动物个体单对视觉空间配对组合正确率为：经训练阶段训练合格后的实验动物进入PAL测试阶段，每试次均通过程序控制触屏操作箱中的三个屏幕中的随机两个屏幕出现相同的图形刺激物以及一块出现空白屏幕，且无论实验动物个体触碰图形刺激物正确与否，下一试次均从其余图形刺激物组合种类中随机挑选，并通过下述公式计算测试阶段实验动物个体总正确率和单对视觉空间配对组合正确率；在训练阶段和测试阶段中，所采用的图形刺激物和与图形刺激物对应的正确位置完全相同。进一步优选地，所述方法还包括对训练阶段实验动物个体的非纠正正确率、单对视觉空间配对组合非纠正试次正确率、单个屏幕正确率的参数分析，及对测试阶段单个屏幕正确率的分析。本专利技术技术方案具有如下优点：A.本专利技术通过明确对实验动物从训练阶段向PAL测试阶段进行转换的评价标准，在训练阶段所得到的实验动物个体单对视觉空间配对组合固执率，为训练阶段向测试阶段的转换提供了可靠地依据，同时，增强了实验的信度和稳定性；B.通过本专利技术所提供的实验分析方法，通过结合训练阶段与测试阶段，分析实验动物的总体正确率与单对视觉空间配对组合正确率，从而可以对总任务中每个分项的学习过程进行高效度、精细化学习能力的评估，在避免初始阶段的“地板效应”的同时增强了该实验对动物认知能力检测的效度和敏感度，可以很大程度上在较短的实验周期范围内精准的判定不同组别实验动物学习能力的区别。C.本专利技术中的分析数据可以为实验者进一步探索不同处理组别实验动物的学习策略提供牢靠的数据支撑。...

【技术保护点】
1.一种基于触屏操作箱视觉空间配对学习的实验与分析方法，其特征在于，提取触屏操作箱配对联想学习实验过程中所产生的训练阶段实验原始数据；顺序提取每试次实验所产生的不同图形刺激物组合和与之对应的实验动物触击屏幕的位置；预设触击屏幕正确位置，自动统计每试次的正确与否；经计算得出训练阶段实验动物个体的总正确率、单对视觉空间配对组合正确率和单对视觉空间配对组合固执率；根据训练阶段最后一天单对视觉空间配对组合固执率确定向PAL测试阶段进行转换的实验动物；提取转换到测试阶段的实验动物所产生的实验原始数据，经计算得出测试阶段实验动物个体的总正确率以及单对视觉空间配对组合正确率，并对实验动物的认知能力作出评估。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于触屏操作箱视觉空间配对学习的实验与分析方法，其特征在于，提取触屏操作箱配对联想学习实验过程中所产生的训练阶段实验原始数据；顺序提取每试次实验所产生的不同图形刺激物组合和与之对应的实验动物触击屏幕的位置；预设触击屏幕正确位置，自动统计每试次的正确与否；经计算得出训练阶段实验动物个体的总正确率、单对视觉空间配对组合正确率和单对视觉空间配对组合固执率；根据训练阶段最后一天单对视觉空间配对组合固执率确定向PAL测试阶段进行转换的实验动物；提取转换到测试阶段的实验动物所产生的实验原始数据，经计算得出测试阶段实验动物个体的总正确率以及单对视觉空间配对组合正确率，并对实验动物的认知能力作出评估。


2.根据权利要求1所述的基于触屏操作箱视觉空间配对学习的实验与分析方法，其特征在于，通过将训练阶段最后一天实验动物个体所得出的单对视觉空间配对组合固执率，将单对视觉空间配对组合固执率低于40％的实验动物向PAL测试阶段进行转换，未满要求的实验动物个体则淘汰。


3.根据权利要求1所述的基于触屏操作箱视觉空间配对学习的实验与分析方法，其特征在于，在训练阶段，触碰操作箱内所设置的三块触摸屏各对应一个预设正确的图形刺激物，每试次时随机的两块屏幕出现两个相同的刺激物，且其中一块屏幕对应预设正确的图形刺激物，第三块屏幕出现空白；当实验动物选择正确位置的图形刺激物时，该试次视为正确且下一试次随机出现与此试次不同图形或位置的刺激物组合；当实验动物触碰错误位置的图形刺激物或空白屏幕时，则该试次视为错误...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玮文，张伟，井海洋，王杰思，
申请(专利权)人：中国科学院心理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11