ES1246264U - Sistema para analizar el comportamiento de un animal basado en vibrisas - Google Patents
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Abstract
Sistema para analizar el comportamiento de un animal basado en vibrisas que comprende: una estructura de paso (6) que comprende dos accesos (62a, 62b) y una pluralidad de tramos (61 ,62, 63) que permiten una variedad de recorridos diferentes para conectar los dos accesos; múltiples sensores de presencia (1) configurados para activarse y enviar una señal cuando detectan un animal en un tramo (61 ,62, 63) de la estructura de paso (6); un microcontrolador (3) configurado para recibir la señal enviada por cada sensor (1) y generar información de activación que incluye al menos identificación del sensor (1) activado y tiempo de activación, donde la identificación del sensor (1) comprende información sobre la ubicación del sensor en la estructura de paso (6); una memoria local (4) configurada para almacenar la información de activación generada; al menos un dispositivo de adquisición de imágenes (2) configurado para adquirir una pluralidad de imágenes del animal en la estructura de paso (6); unos medios de comunicación (5a, 5b) configurados para enviar la información de activación y las imágenes adquiridas asociadas a un computador remoto (10).
Description
SISTEMA PARA ANALIZAR EL COMPORTAMIENTO DE UN ANIMAL
BASADO EN VIBRISAS
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere, en general, al análisis cuantitativo del comportamiento de un animal, en principio un roedor, mediante sensores y modificaciones en una estructura tubular.
Estado de la Técnica
Los ensayos conductuales que se llevan a cabo habitualmente presentan gran subjetividad y son, en su mayoría, de carácter cualitativo.
Para valorar adecuadamente nuevos tratamientos médicos y terapias, la industria farmacéutica requiere modelos reproducibles y cuantitativos.
Un caso particular son aquellas patologías que implican déficits de comportamiento originados por daño cerebral. No obstante, el uso de técnicas reproducibles y cuantitativas puede extenderse para realizar investigación en otras ramas de la ciencia, por ejemplo, para analizar cómo se comportan animales normales en distintas condiciones (ayuno, estrés...).
Los roedores son los animales más utilizados en los ensayos de comportamiento. También es bien conocido que la conducta exploratoria de roedores a través de sus vibrisas está dañada en ciertas patologías del sistema nervioso, como el accidente cerebrovascular.
Breve descripción de la invención
La presente invención plantea un sistema para evaluar el comportamiento en tareas de exploración de animales que poseen vibrisas, esencialmente roedores que son ampliamente utilizados en investigación sobre conducta.
Los roedores son animales nocturnos que exploran el medio que los rodea con las vibrisas. Las vibrisas son un tipo de pelos rígidos especializados que poseen algunos animales como elemento sensorial táctil.
El sistema objeto de la presente invención combina ventajosamente tres aspectos, una parte mecánica, una parte de monitorización y una parte de procesamiento de la información.
En su forma más general, el sistema propuesto viene definido por la reivindicación independiente. De otra parte, las reivindicaciones dependientes definen realizaciones particulares o especialmente ventajosas.
Breve descripción de las figuras
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La FIG. 1 es un diagrama esquemático de bloques del sistema.
La FIG. 2 es un ejemplo de laberinto y muestra en detalle distintos tramos que permiten cambiar la estructura del laberinto.
La FIG. 3 muestra en detalle un dispositivo (alojamiento) que puede presentar varias alternativas que permite colocar distintas fuentes de estímulo.
La FIG. 4 es un diagrama esquemático de bloques para ilustrar aspectos de monitorización de señales y transmisión de información.
La FIG. 5 es un diagrama esquemático de bloques para ilustrar aspectos relativos al procesamiento de la información.
La FIG. 6 muestra un ejemplo de interfaz para presentación de datos por pantalla.
Descripción detallada de la invención
Con relación a las figuras anteriores, se exponen varias realizaciones para una mejor comprensión de la invención.
De forma general, las realizaciones se pueden describir atendiendo a tres aspectos. Una parte mecánica que engloba una estructura tubular a modo de laberinto que permite que las ratas estén en oscuridad, obligándolas a orientarse explorando el entorno exclusivamente con sus vibrisas. Una segunda parte de monitorización que incluye una serie de sensores que permiten monitorizar la posición del animal y una
unidad de comunicaciones que transmite la información para su procesamiento. La tercera parte, correspondiente al procesamiento de información, incluye el almacenamiento, visualización y tratamiento de la información recibida. Estos y otros aspectos quedarán más claros mediante la presente descripción detallada.
La FIG. 1 muestra un diagrama de bloques del dispositivo. En la parte mecánica se aprecia una estructura de paso modular que forma un laberinto 6 en donde se instalan varios sensores 1 (que pueden ser optoelectrónicos) y una unidad de adquisición de imágenes, por ejemplo, una videocámara 2 (preferiblemente de infrarrojos) correspondientes a la parte de monitorización. Generalmente, la videocámara 2 puede incorporar como funcionalidad la comunicación inalámbrica o bien puede acoplarse con una unidad de comunicación inalámbrica 5b. Los sensores 1 envían una señal cuando detectan la presencia de un animal y se comunican, generalmente de forma cableada, con un microcontrolador 3 que tiene acoplada o incorporada una unidad de comunicación inalámbrica 5a. El microcontrolador 3 y la videocámara 2 se comunican con una unidad receptora 15 acoplada o incorporada en el computador remoto 10 que recibe la información y la almacena en una unidad de almacenamiento 14. El computador remoto 10 realiza un análisis con la información procedente de los sensores 1 y de la videocámara 2. El computador remoto 10 recibe las señales inalámbricamente o a través de conexiones cableadas para su tratamiento y las almacena en la unidad de almacenamiento 14.
Acoplada al microcontrolador 3, una memoria local 4 almacena la información obtenida de los sensores 1, ya sea de forma temporal o permanente. Esta memoria local 4 puede ser una parte integrada del propio microcontrolador 3 o ser un componente adicional. La videocámara 2 almacena su propia información mediante un dispositivo USB y también puede enviar su información de forma inalámbrica al computador remoto 10.
La FIG. 2 muestra la estructura mecánica del laberinto 6. El laberinto 6 está formado por tramos 61, 62 y 63 que definen recorridos rectos y curvos. Preferiblemente, los tramos 61, 62 y 63 son modulares y tubulares. La disposición mostrada puede cambiarse para establecer diferentes caminos en el laberinto 6. Los ensayos realizados previamente sugieren un diámetro de tubo de unos 6 cm para ratas Sprague-Dawley de 300-350 g y de unos 3 cm para ratones Swiss de 30-40 g. En general, el diámetro de la sección tubular se elige para dificultar, pero no impedir que el animal pueda cambiar el sentido de la marcha. Adicionalmente, el laberinto 6 puede
disponerse con distintos grados de inclinación para proporcionar señales accesorias (pendiente de inclinación) si se considera necesario y modificar el grado de dificultad del recorrido.
El laberinto 6 mostrado incluye dos posibles entradas a través de los accesos 62a y 62b preferiblemente opuestos para poder analizar la respuesta de las vibrisas de ambos lados y tres tramos de bifurcación 63 de la rama principal que enlazan directamente (sin desvío) los accesos 62a, 62b que convergen en un tramo suplementario 64 en forma de “T” central, con una abertura adicional superior que permite la inserción de un alojamiento 65 en forma de cilindro con tapa 66 (ver FIG. 3) donde se pueden colocar distintos tipos de estímulos. Los accesos 62a, 62b opuestos permiten la incorporación de una videocámara 2, preferentemente de infrarrojos para monitorizar detalles adicionales como, por ejemplo, el análisis gestual sin perturbar las condiciones de luz del laberinto. Se puede aprovechar, en algunas realizaciones, la propia videocámara 2 para además bloquear la entrada 62a.
En la FIG. 2 también se muestran los tramos 61 en que se divide el laberinto 6. Cada tramo 61 tiene un sensor 1 de presencia. Los tramos 61 pueden fabricarse como tubos fácilmente desmontables para facilitar tanto la limpieza como la reconfiguración del laberinto 6 (distintas formas de laberinto). La unión de diferentes tramos rectos 61, curvos 62 y tramos de bifurcación 63 en forma de T conforma las distintas trayectorias del laberinto, y por tanto los distintos caminos o desplazamientos de los animales en su interior.
La FIG 3 muestra distintas realizaciones del alojamiento 65 cilíndrico mencionado en descripción de la FIG. 2, que encaja en el tramo de bifurcación 64 del laberinto 6 y puede girarse. Este alojamiento 65 presenta tres variantes. La primera variante 65a presenta una única abertura lateral que permite el acceso desde una sola rama al interior del cilindro o cerrar las tres ramas. La segunda variante 65b presenta dos aberturas laterales situados a 90° de modo que permitan el acceso a la zona central desde dos ramas. La tercera variante presenta tres aberturas laterales con 90° de separación que permite el acceso al alojamiento 65 desde las tres ramas que convergen en el tramo de bifurcación 64. Estas variantes dotan de mayor versatilidad al sistema y permiten al experimentador modificar el paso entre las ramas convergentes del laberinto obligando al animal a realizar diferentes recorridos. El alojamiento 65 está cubierto por una tapa 66 superior y desmontable. El alojamiento 65 también permite colocar en su interior fuentes de atracción (estímulo positivo) o repulsión (estímulo negativo) para el animal (comida, luz, drogas...). Cuando no se
incluye la tapa, el laberinto presenta una entrada de luz a través del alojamiento 65 que se puede utilizar como fuente adicional de atracción y también se puede utilizar como salida o entrada del animal en el laberinto.
La FIG. 4 muestra un esquema de bloques de la parte de monitorización y transmisión de datos según una posible realización. Los sensores 1 están conectados a un microcontrolador 3 que registra cuando se activan. El microcontrolador 3 tiene una unidad de comunicación inalámbrica 5a que envía los datos a un computador remoto (no mostrado) donde se analiza la información. El conjunto está configurado y diseñado para que se pueda identificar en cada momento del ensayo en qué tramo 61 del laberinto 6 está el animal y registrar los tiempos en que el animal es detectado por cada sensor 1. Cada sensor 1 tiene asociada su posición en el laberinto 6.
La FIG. 5 muestra un diagrama de bloques de la parte de procesamiento de la información. Consta de un computador 10 que hace de servidor y recibe información sobre la trayectoria 18a, información sobre el entorno 18b, información sobre el experimento 18c que envía el microcontrolador 3 de los sensores 1 y de la videocámara 2. El computador realiza el tratamiento de la información 12, por ejemplo, para identificar las secuencias de trayectorias y los tiempos empleados por el animal a lo largo del ensayo. Con el computador 11 se consigue la extracción de patrones 16. La información se almacena en la unidad de almacenamiento 14.
La FIG. 6 muestra un posible modelo de interfaz 11 con el investigador siguiendo un esquema similar al de la FIG. 5. El computador 10 se encarga del almacenamiento y análisis y puede incluir el interfaz 11 para mostrar la información sobre la trayectoria 18a, información sobre el experimento 18c relativa al ensayo tales como fecha, hora, tiempo de realización, experimentador, códigos de identificación del animal y resto de parámetros que se utilizan en las buenas prácticas de laboratorio. A través del interfaz 11 se permite visualizar información sobre el entorno 18b, por ejemplo, recrear de forma online el recorrido del animal en la parte superior izquierda y mostrar los datos con información sobre la trayectoria 18a en la parte derecha de la pantalla. La parte inferior izquierda también muestra la zona de entrada de datos del usuario por el investigador. El sistema permite reproducir el experimento off-line.
En suma, gracias a la presente invención es posible analizar variables cuantificables (no subjetivas) para realizar estudios objetivos con un análisis estadístico riguroso.
La configuración es lo suficientemente abierta para que el investigador pueda interaccionar cuando sea preciso, recoger la información relativa a un ensayo concreto o definir diferentes ensayos.
El sistema puede reproducir off-line el comportamiento del animal en el ensayo y reconocimiento de diferentes patrones de conducta.
El sistema analiza variables cuantificables (no subjetivas) que permiten análisis objetivos para un estudio estadístico riguroso.
Claims (10)
1. Sistema para analizar el comportamiento de un animal basado en vibrisas que comprende:
una estructura de paso (6) que comprende dos accesos (62a, 62b) y una pluralidad de tramos (61,62,63) que permiten una variedad de recorridos diferentes para conectar los dos accesos;
múltiples sensores de presencia (1) configurados para activarse y enviar una señal cuando detectan un animal en un tramo (61,62,63) de la estructura de paso (6); un microcontrolador (3) configurado para recibir la señal enviada por cada sensor (1) y generar información de activación que incluye al menos identificación del sensor (1) activado y tiempo de activación, donde la identificación del sensor (1) comprende información sobre la ubicación del sensor en la estructura de paso (6);
una memoria local (4) configurada para almacenar la información de activación generada;
al menos un dispositivo de adquisición de imágenes (2) configurado para adquirir una pluralidad de imágenes del animal en la estructura de paso (6);
unos medios de comunicación (5a, 5b) configurados para enviar la información de activación y las imágenes adquiridas asociadas a un computador remoto (10).
2. Sistema según la reivindicación 1, donde la estructura de paso (6) es tubular.
3. Sistema según la reivindicación 1 ó 2, donde la estructura de paso (6) es modular, formada por tramos (61, 62, 63) acoplables entre sí para modificar la estructura de paso (6).
4. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la estructura de paso (6) comprende un tramo suplementario (64) con acceso a un estímulo.
5. Sistema según la reivindicación 4, donde la estructura de paso (6) comprende además una tapa (66) para bloquear el acceso del tramo suplementario (64) al estímulo.
6. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de comunicación entre los sensores (1) y el microcontrolador (3) se realizan por
conexión cableada.
7. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, donde los medios de comunicación comprenden una unidad de comunicación inalámbrica (5a) asociada al microcontrolador (3).
8. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de comunicación comprenden una unidad de comunicación inalámbrica (5b) asociada al dispositivo de adquisición de imágenes (2).
9. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el dispositivo de adquisición de imágenes (2) es una videocámara de infrarrojos.
10. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los sensores (1) son optoelectrónicos.
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