Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения продолжительности латентного периода условнорефлекторной реакции мелких лабораторных животных и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области биологии и может быть использовано для исследования условнорефлекторной реакции мелких лабораторных животных.

Известно, что условному рефлексу избегания обученного лабораторного животного предшествует восприятие им соответствующей информации (сигнала). Связь восприятия и движения осуществляется в виде сенсомоторных реакций, наиболее простая из которых заключается в ответе простым одиночным движением на внезапно появляющийся заранее известный раздражитель. Основным показателем выполнения такой реакции является временной интервал, включающий в себя время восприятия сигнала (латентный период) и время моторного действия.

Латентный период реакции в физиологии - это время от момента воздействия на организм какого-либо раздражителя до проявления ответной реакции в виде сокращения мышц, моторного акта, движения. Продолжительность латентного периода реакции зависит от уровня развития и состояния организма, прежде всего его нервной системы, а также скорости протекания биохимических и электрохимических процессов в ее периферических и центральных звеньях [Бодров В.А., Орлов В.Я. «Психология и надежность: человек в системах управления техникой». - М.: Изд-во «Институт психологии РАН», 1998., Антонов В.Ф., Черныш A.M. и др. Биофизика. Учебник для студентов высших учебных заведений. - М. Гуманит. изд. центр. ВЛАДОС. 1999.].

Определение продолжительности латентного периода важно при проведении исследований в таких областях как физиология, токсикология, радиобиология.

Известна автоматизированная камера для выработки пищевых условных рефлексов у лабораторных животных [патент РФ на полезную модель №143683 от 27.07.14]. Камера имеет два отсека со световыми и звуковыми датчиками, оптоэлектронные инфракрасные лучевые сенсоры и пол, выполненный в виде качающейся платформы с замыкающими контактами. В обоих отсеках имеются автоматизированные кормушки, выполненные в виде поворотных дисков с углублениями для отдельных порций корма. Через заданные интервалы времени происходит включение световых и звуковых датчиков в том отсеке камеры, в котором находится животное, которое в ответ на стимул переходит в противоположный отсек, что регистрируется как смещением положения качающейся платформы с замыканием контактов, так и пересечением им инфракрасного луча оптоэлектронных сенсоров. Недостатком способа, реализованного данным устройством, является возможность фиксации исключительно общего временного интервала от подачи звукового и светового раздражителей до момента пересечения животным перехода в соседнюю камеру и не позволяет выделить продолжительность латентного периода условнорефлекторной реакции.

Известно устройство для трассировки перемещения лабораторных животных [патент РФ на полезную модель №133714 от 27.10.13]. Его отличительной особенностью является применение для регистрации перемещения животного датчика активного стереозрения, связанного с компьютером. Устройство формирует объемное изображение, в котором каждая точка изображения характеризуется координатами в трехмерном пространстве.

В активной системе стереозрения используется проектор, излучающий некий шаблон. В этом случае камера, регистрирующая шаблон, вычисляет смещения между пикселями шаблона, поданного в проектор и пикселями шаблона, найденными на изображении.

Недостатком способа, реализованного данным устройством, является то, что фиксируется только начало перемещения туловища животного. Вместе с тем первичным по отношению к перемещению туловища является перестановка конечностей испытуемого биообъекта, отследить которые не представляется возможным, так как регистрирующие системы расположены над экспериментальной ареной.

Известен способ управления параметрами двигательного стереотипа физического упражнения и устройство для его осуществления (патент РФ на изобретение №2546421 от 19.04.15). Способ предполагает размещение на теле спортсмена датчиков параметров движения и датчиков ответных реакций. Датчики соединены с микроконтроллером, который, в свою очередь, соединен с блоком формирования энергетических воздействий и блоком формирования информационных воздействий. Сначала регистрируются основные параметры движения и основные параметры двигательного стереотипа. Затем на основе сравнения биомеханических параметров через небольшие промежутки времени в соответствии с фазовой структурой движений определяют главные мышечные группы и главные функциональные звенья локомоторной системы. Датчики ответных реакций оценивают экономичность и эффективность функционирования систем энергообеспечения организма и выводят визуализированную информацию на табло. Недостатком данного способа является возможность его использования исключительно по отношению к человеку. Крепление многочисленных датчиков к телу мелкого лабораторного животного приведет к формированию стрессовой реакции и затруднению выполнения им условных рефлексов, а также действий, связанных с естественным поведением.

Известно устройство под названием «челночная камера», предназначенное для исследования у подопытных животных реакции активного избегания [Зорина З.А., Полетаева И.И. Зоопсихология. Элементарное мышление животных: Учебное пособие - М.: Аспект Пресс, 2007, с. 74]. Челночная камера представляет собой камеру разделенную перегородкой на два равных отсека. Перегородка имеет отверстие для перемещения животного. Оба отсека оборудованы токопроводящим полом. Кроме того, челночная камера имеет источник оптического или акустического излучения, который используется для подачи условного сигнала подопытному животному.

Биообъект помещается в один из отсеков. Сначала включается условный сигнал, после чего подается ток на токопроводящий пол в отсеке, где находится животное. Чтобы избежать болевого воздействия, биообъект перебегает в другой отсек. По прошествии небольшого периода времени (как правило, его продолжительность варьируют, чтобы не вырабатывать у животного условного рефлекса на время) ток включают в том отсеке, куда оно перед этим перебежало. Условный рефлекс считается выполненным, если животное перебегает в безопасный отсек во время действия условного сигнала и до включения тока.

Данное устройство и реализуемый с его помощью способ выбраны в качестве прототипа. Недостатком способа является возможность определения продолжительности латентного периода условнорефлекторной реакции биообъекта исключительно с помощью ручного секундомера. В этом случае точность проводимых измерений будет существенным образом зависеть от индивидуальных качеств экспериментатора (быстрота реакции, острота зрения, внимательность). Кроме того, при проведении исследований он будет наблюдать за подопытным животным сверху и, соответственно, фиксировать время реакции грызуна на раздражитель исключительно по началу перемещения его туловища, а не лап.

Решаемая задача состоит в разработке способа, исключающего недостатки прототипа.

Технический результат, на решение которого направлено изобретение заключается в разработке способа, обеспечивающего определение продолжительности латентного периода условнорефлекторной реакции мелких лабораторных животных.

Достижение технического результата обеспечивается тем, что в заявляемом способе продолжительность латентного периода условнорефлекторной реакции определяется путем размещения животного в испытательной камере с токопроводящим полом и источником условного сигнала, разделенной на две равные части перегородкой с переходным отверстием, подачей на пол отсека с размещенным животным напряжения ниже порога его чувствительности, а продолжительность латентного периода условнорефлекторной реакции определяют от момента подачи условного сигнала до начала первого перемещения животным одной из конечностей, при этом перемещение конечности фиксируется по изменению сопротивления электрической цепи, составными элементами которой являются участок токопроводящего пола отсека испытательной камеры и тело мелкого лабораторного животного.

Суть предлагаемого способа состоит в следующем. Исследуемый биообъект (например, белая лабораторная крыса) помещают в один из отсеков испытательной камеры. Пол отсеков испытательной камеры выполнен в виде металлических прутьев, каждый из которых расположен поперек отсека от одной боковой стенки до другой. Расстояние между прутьями составляет 13 мм для крыс, и 5 мм для мышей. Сами прутья представляют собой попарно соединенные электроды, каждая пара которых подключена к датчику, фиксирующему изменение сопротивления электрической цепи. На электроды подается напряжение ниже порога чувствительности испытуемого биообъекта. При помещении животного в один из отсеков испытательной камеры и подачи напряжения ниже порога его чувствительности на металлические прутья пола электрический ток будет протекать через тело грызуна не вызывая его беспокойства. Таким образом, тело биообъекта станет элементом замкнутой электрической цепи, обладающим определенным сопротивлением. После подачи условного сигнала в виде раздражителя (оптического или акустического) животное в качестве реакции на него начинает перемещение в соседний отсек. Одновременно с подачей условного раздражителя осуществляется запуск электронного секундомера. Началом перемещения испытуемого биообъекта служит отрыв одной из лап от пола. Указанное действие приводит к изменению токопроводящих характеристик электрической цепи, составными элементами которой являются животное и участок пола, что фиксируется измерительным датчиком. Одновременно с этим осуществляется остановка секундомера с фиксацией продолжительности латентного периода условнорефлекторной реакции.

Аналогичным образом исследования могут быть продолжены после перемещения животного в соседний отсек.

Указанный выше технический результат достигается системой, реализующей заявляемый способ.

Система содержит испытательную камеру имеющую форму вытянутого параллелепипеда, разделенную на два равных отсека перегородкой с переходным отверстием для перемещения между ними испытуемого животного и оборудованную источником условного сигнала. Пол камеры представляет собой ряд параллельных попарно соединенных токопроводящих прутьев, расположенных перпендикулярно большей его стороне, на которые подается напряжение ниже порога чувствительности биообъекта. При этом каждая пара электродов подсоединена к датчику измерения сопротивления электрической цепи. Все датчики измерения сопротивления, как и источник условного сигнала, подключены к блоку определения продолжительности латентного периода, выполненному в виде электронного секундомера.

Сопоставительный анализ заявляемого способа и устройства с прототипом показывает, что заявляемые объекты соответствуют критерию "новизна".

В подтверждение критерия "промышленная применимость" рассмотрим пример конкретного выполнения устройства по осуществлению заявляемого способа.

На фиг. 1 представлено устройство для определения продолжительности латентного периода условнорефлекторной реакции мелких лабораторных животных.

1. Испытательная камера.

2. Перегородка.

3. Переходное отверстие.

4. Токопроводящий пол.

5. Датчики измерения сопротивления.

6. Источник условного сигнала.

7. Блок определения продолжительности латентного периода реакции.

8. Отрицательная шина

9. Положительная шина

10. Источник питания

Биообъект размещается в одном из отсеков испытательной камеры 1. На токопроводящий пол 4 отсека от источника питания 10 через отрицательную шину 8 и положительную шину 9 подается напряжение ниже порога чувствительности животного. После того, как животное успокаивается и прекращает передвижения по отсеку клетки, испытатель включает условный сигнал 6 (оптический или акустический раздражитель), реагируя на который животное начинает движение в сторону переходного отверстия 3 в перегородке 2. Одновременно с включением условного сигнала 6 подается управляющий сигнал на блок определения продолжительности латентного периода реакции 7, по которому осуществляется запуск секундомера. С началом движения биообъект поднимает одну из лап, находящуюся на электроде, являющемся составной частью пола 4, что приводит к изменению токопроводящих характеристик электрической цепи, составными элементами которой являются данный участка пола и тело грызуна, что незамедлительно фиксируется датчиком измерения сопротивления 5. Одновременно с этим датчик выдает управляющий сигнал на блок определения продолжительности латентного периода реакции 7, по которому происходит остановка секундомера и фиксация искомого временного интервала.

Таким образом, предложенные способ и устройство обеспечивают максимально точное определение продолжительности латентного периода условнорефлекторной реакции мелких лабораторных животных.