一种小鼠睡眠监测环境控制柜的制作方法

1.本实用新型涉及睡眠障碍研究领域，尤其涉及一种小鼠睡眠监测环境控制柜。


背景技术：

2.随着社会、环境和心理等方面压力增加，睡眠障碍已经成为了一个世界范围的主要公共健康问题，其中失眠可导致疲劳、情绪低落或激惹、广泛性不适和认知损害，还可损害社交或职业功能、降低生活质量，有些患者可致躯体症状(不安、僵硬、触痛或头痛)。失眠严重者容易发生运动车辆和工作场所事故，增加内分泌代谢性疾病、心血管疾病、精神疾病和神经变性疾病的风险。
3.因此对于失眠病因、治疗等研究成为热点。在动物睡眠研究中，主要以啮齿类(小鼠和大鼠)作为研究对象，这是因为人和啮齿类睡眠的内稳态调节、昼夜节律分布、对内外部因素的敏感性、对睡眠－觉醒调节药物的反应和神经化学的调节基本相似，提示人和啮齿类的睡眠障碍中有共同的内在机制。然而目前对于啮齿类睡眠觉醒研究还是缺乏高效的监测手段。
4.传统上，啮齿类动物睡眠监测主要是基于脑电/肌电记录的睡眠监测，在小鼠脑部放置电极，用于记录皮层脑电活动(eeg)，在双侧颈肌内插入银丝电极用于记录肌电活动(emg)。记录电极通过微型插座连接到脑电图仪上，同步记录脑电和肌电活动， 24
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h连续记录脑电和肌电以及同步进行视频监控。
5.该方法可记录自由运动状态下小鼠eeg/emg，获取小鼠睡眠
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觉醒各时相、睡眠深度等指标，长时间高精确研究包括睡眠觉醒量、脑电谱在内的各项睡眠指标。然而， eeg描记的方法同时记录的动物数量有限。需要手术植入电极的过程费时、有创，实施起来往往昂贵，且术后动物恢复时间较长，且手术过程本身可能导致动物应激。这难以满足大样本长时间的研究。
6.因此，进一步开发快速可行的分析方法，以评估动物模型中的睡眠
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觉醒行为，将对睡眠机制的剖析，以及对治疗失眠的新药开发有重要价值。
7.目前认为基于行为学特征判断也能评估动物的睡眠，动物睡眠后在行为上表现为静止期延长、姿势改变、对环境的刺激反应减弱。成功的例子是对果蝇睡眠的监测。利用这种评估方法已在果蝇成功筛选到失眠果蝇表型(ins
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l)。
8.在啮齿类动物中，已有数种非侵袭性方法(包括视频跟踪、光束破碎，生物钟运转，加速度测量)设计用于区分动物粗大和微小的清醒行为，如梳理毛发、进食、移动、饲养、打转，甚至是安静时的清醒状态，虽然这些方法有大样本监测筛选的可能性，但目前都未得到有效的实际应用。
9.另外有文献报告了一种通过放置压电传感器在饲养笼的底部，非侵袭性监测动物的行为活动方法，它利用压电聚合物薄膜，将机械压力转换成电信号，可以较高灵敏度地检测动物运动活动及生理活动，如心跳和呼吸。经特殊计算程序区分的小鼠睡眠－觉醒状态与eeg定义的结果相关系数达0.95。这种方法可能用于大样本筛选，但因需要特殊装备和定
制的软件而限制了其应用性。
10.因此开发出一种可广泛应用的、无创性、可重复性、大样本长时间的动物睡眠监测系统成为亟待解决的问题。
11.我们认为使用行为监测软件从视频资料大样本评估复杂行为是初步评估睡眠－觉醒行为的理想方案。已有研究表明使用any maze商业软件分析c57bl/6小鼠基线和给药(镇静剂、兴奋剂)后的视频资料，发现使用静止时间≥40秒定义为睡眠与 eeg/emg记录的结果相关系数＞0.94，也被称作“40秒规则”。
12.根据上述文献报道，我们试图利用一般行为学软件监测小鼠睡眠，但发现存在以下问题：1)现有的小鼠饲养设备无法24小时跟踪监视其活动情况；2)小鼠活动受到外界环境干扰严重，缺少节律可控的无干扰环境；3)现有的小鼠饲养设备存在清洁、杀菌消毒操作不便的问题。
13.基于以上问题，利用“40秒规则”原理，采用数字视频分析方法，我们设计开发出一种基于行为学的小鼠睡眠监测系统，该系统主要包括监测部分和环境部分，该监测部分将由微型近红外摄像机、数字硬盘和监控分析器组成，环境部分包括小鼠睡眠监测箱和用于控制通风、昼夜照明的睡眠环境控制柜组成。


技术实现要素：

14.本实用新型的目的在于提供一种小鼠睡眠监测环境控制柜，为小鼠昼夜连续监测提供无干扰环境。
15.为此，本实用新型提供了一种小鼠睡眠监测环境控制柜，用于形成能够置放多个小鼠睡眠监测箱的光密室，其包括设置在柜体内的led净化灯、红外灯组件、时控开关、继电器、静音风扇、以及过滤排风口，其中，led净化灯设置在柜体内顶壁，用于模拟日间照明，所述红外灯组件设置在柜体中靠近底壁的位置，用于夜间拍摄补充光源，所述时控开关用于控制led净化灯或红外灯的照明时间，所述继电器用于自动切换led照明和红外灯照明，所述静音风扇和所述过滤排风口用于柜体内通风换气。
16.进一步地，上述红外灯组件设置在箱体后壁中部，用于同时向两个小鼠睡眠监测箱提供夜间拍摄补充光源。
17.进一步地，上述红外灯组件包括灯箱、在灯箱内设置的多个红外灯带，其中，所述灯箱正面和两个侧面共开设了三个窗口，所述三个窗口中均安装有毛玻璃。
18.进一步地，上述静音风扇设置在箱体后壁的面向灯箱的位置，所述静音风扇提供的气流通过灯箱上开设的透气孔向柜体内布气。
19.进一步地，上述过滤排风口为两个，设置在柜体左右侧壁的上部。
20.本小鼠睡眠监测环境控制柜为小鼠睡眠监测提供光密室，其能够控制照明时间和昼夜照明自动切换，其能够与小鼠睡眠监测箱配合，为小鼠提供可长期饲养、观察、节律可控的无干扰环境，实现全天24小时监控老鼠的活动和休息情况。
21.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
22.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
23.图1是根据本实用新型第一实施例的基于行为学的小鼠睡眠监测箱的结构示意图；
24.图2是根据本实用新型第一实施例的基于行为学的小鼠睡眠监测箱的爆炸结构示意图；
25.图3示出了根据本实用新型的小鼠睡眠监测箱中的摄像头的摄像范围；
26.图4是根据本实用新型第二实施例的基于行为学的小鼠睡眠监测箱的结构示意图；
27.图5示出了小鼠睡眠监测箱置于睡眠环境控制柜中；
28.图6示出了小鼠睡眠监测环境控制柜的内部结构；
29.图7示出了小鼠睡眠监测环境控制柜的背部结构；以及
30.图8示出了小鼠睡眠监测环境控制柜中红外灯组件的结构示意图。
具体实施方式
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
32.图1至图8示出了根据本实用新型的一些实施例。
33.结合参照图1至图3，本实用新型的基于行为学的小鼠睡眠监测箱包括箱体、摄像头组件、滑板式窗口组件、投食组件。
34.箱体包括由透明板材制成的四周侧壁和顶壁、以及能够单独拆卸的底壁。
35.其中，四周侧壁包括由透明板材例如亚克力板制成的前面板7、左面板6、右面板 14、后面板13构成，顶壁由透明板材例如亚克力板制成的顶板8。如此确保光线可以进入到老鼠笼内，实现箱内昼夜采光。
36.底壁由底板19和底板边框18组成，其中所述箱体的四周侧壁限定于于所述底板边框18中，与箱体其他部分形成可分离结构。如此方便更换箱体底板上铺设的木屑等垫料层，以保持箱内整洁卫生。箱体的顶壁上设有一对把手，用于在更换垫料层时从底壁上提起箱体的其他部分。
37.所述箱体四周侧壁的下部开设有透气栅格22，所述箱体顶壁设置有透气孔阵列 21。如此配合睡眠环境控制柜200(如图5所示)中进排风口位置，基本可实现由底部透气栅格进入空气、再由顶部透气孔阵列排出空气，保持箱内空气洁净、无异味的效果。
38.摄像头组件设置在所述箱体的顶壁中央，包括球面垫圈12、球形摄像头10、以及摄像头固定保持架11，其中，球面垫圈12通过多个螺钉固定连接在顶壁上，球形摄像头10支撑在球面垫圈12上，摄像头固定保持架11固定在顶壁上，对球形摄像头 10进行包覆约束，所述球形摄像头的姿态在所述摄像头固定保持架中能够万向调节，以方便调整视野，包含整个小鼠活动区域。该球形摄像头10优选为无线传输的微型近红外摄像机。
39.滑板式窗口组件用于取放小鼠和敷撒木屑等垫料层，其包括窗户左卡槽15、窗户
右卡槽16、以及窗户门17，其中，窗户左卡槽15和窗户右卡槽16均通过螺钉固定连接至前面板7上，所述窗户门17与所述窗户左卡槽15和窗户右卡槽16插接配合。
40.投食组件包括食盒3和饮水瓶5，其中，该食盒3通过食盒左卡槽和食盒右卡槽插接固定，倒置式饮水瓶5通过饮水瓶卡扣4固定置放，其中，所述食盒3具有栅栏式投食口31，所述饮水瓶5具有伸入栅栏式投食口31的饮水管51。如此，食盒和饮水瓶均为可拆卸结构，便于清洗、杀菌。上述饮水结构实现小鼠较长时间段的自取水要求。
41.针对亚克力板连接工艺性差、不能螺接的问题，本实用新型在箱体的任一相邻两亚克力板之一上设置若干t型槽32，另一个上对应地设置有若干螺钉过孔33，如此可实现相邻两壁板通过螺钉螺母连接。
42.本小鼠睡眠监测箱的组装过程如下：分别将左面板6、前面板7、顶板8、后面板 13和右面板14用螺钉和螺母组装成一体；将把手9、摄像头10、摄像头固定件11、球面垫圈12用螺钉固定在顶板8上；再将食盒右卡槽1、食盒左卡槽2、饮水瓶卡扣 4、窗户左卡槽15、窗户右卡槽16装在前面板上。分别插入食盒3、饮水瓶5、窗户门17完成老鼠笼上面部分的组装。将底板边框18和底板19用螺钉组装成一体形成箱体的底壁。
43.图4示出了根据本实用新型的第二实施例，其与第一实施例不同之处在于，滑板式窗口与食盒分别设置在箱体的不同侧壁上。
44.结合参照图5至图8，多个小鼠睡眠监测箱100例如两个箱置放于睡眠环境控制柜200中，该睡眠环境控制柜200包含led净化灯21、红外灯组件20、静音风扇25、左右过滤排风口22/22’、时控开关23、开关24、以及继电器(图中未示出)。
45.睡眠环境控制柜200的组装过程如下：将红外灯组件20、静音风扇25与两个小鼠睡眠监测箱100组装在一起；将过滤排风口22/22’与睡眠环境控制柜200组装在一起。将led净化灯21、时控开关23和开关24装在睡眠环境控制柜200上并接好连线。将两台小鼠睡眠监测箱100放入睡眠环境控制柜200里即可。
46.红外灯组件20固定在睡眠环境控制柜200的后壁的中部位置且靠近底壁。
47.该红外灯组件20的灯箱201内安装有上、下两个红外灯带202，灯箱正面和两个侧面共开了三个窗口203，均安装毛玻璃，当模拟夜晚时，led净化灯被关闭，红外灯被打开，其所发出的红外光经过毛玻璃的漫射后均匀地照射在整个柜子内，作为摄像头10的夜间拍摄补充光源。
48.灯箱201的两侧壁和顶壁均开设有若干排透气孔，静音风扇25位于灯箱201的背面，来自静音风扇25的气流经过透气孔向环境控制柜20内部布气。
49.其中，两个红外灯带202自带散热器，静音风扇25提供的气流有助于红外灯带 202的散热。
50.灯箱201中还设有直流电源，用于向各直流器件供电。所述继电器用于自动切换 led照明和红外灯照明，时控开关23用于控制led照片时间。
51.上述两个红外灯带202呈上下布置，在其他实施例中可采用其他布置方式，例如每个侧向窗口203布置一个红外灯带202。优选地，这两个红外灯带202独立开关，以实现单独照明或联合照明。
52.小鼠睡眠监测箱100的使用过程如下：如图4所示，把窗户门17打开，将饲养的老鼠放入老鼠笼里，老鼠会在摄像头的视角范围内活动或休息。通过食盒3可以进食，通过饮水
瓶5可以喝水。摄像头10会24小时不间断地记录下来老鼠的活动情况。并将图像上传给计算机。
53.睡眠环境控制柜200的使用过程如下：每台睡眠环境控制柜200可以放置2台以上小鼠睡眠监测箱100。通过时控开关23的控制，将led净化灯21打开时可以模拟白天的情况。将led净化灯21关闭时可以模拟夜晚的情况。红外灯组件20白天时关闭，夜晚时打开以便在晚上对摄像头进行补光，确保摄像的图像质量。通过静音风扇、滤网形成空气的流通，保证新鲜空气可以不断地补充到睡眠环境控制柜200里。
54.本装置结构简单、体积小、重量轻。可以实现全天24小时监控老鼠的活动和休息情况，通过软件自动统计出老鼠的活动时间段和休息时间段。
55.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。