一、產(chǎn)品介紹背景

      Jet Ball Phenosys動物虛擬行為學(xué)實驗系統(tǒng)是一種新型虛擬現(xiàn)實實驗系統(tǒng)。它基于一個氣墊球跑步機，固定的實驗動物可以通過這個氣墊跑步機在虛擬空間里運動。虛擬現(xiàn)實提供了一個可控的實驗環(huán)境，可以用于研究導(dǎo)航，認(rèn)知，學(xué)習(xí)和記憶。

      Jet Ball可以和電生理、光遺傳、成像系統(tǒng)結(jié)合使用，在虛擬現(xiàn)實中觀察動物簡單或復(fù)雜的行為。

      電生理，成像等技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于研究腦功能的實驗中，但是由于技術(shù)要求的局限性，在體的研究中主要是通過麻醉的動物上實現(xiàn)的，而如何對自由活動的動物進行研究成為目前的科研難點。Phenosys動物虛擬行為學(xué)實驗系統(tǒng)采用頭顱固定的方式，因此可結(jié)合電生理，光遺傳或成像技術(shù)，對動物在虛擬現(xiàn)實的環(huán)境中進行簡單或復(fù)雜的行為學(xué)實驗。

二、產(chǎn)品組成

組成部分

硬件：
?TFT環(huán)繞監(jiān)視系統(tǒng)：

1. 虛擬現(xiàn)實場景通過TFT環(huán)繞監(jiān)視系統(tǒng)來實現(xiàn)。TFT環(huán)繞監(jiān)視系統(tǒng)由6個19寸的顯示器以270度的科學(xué)精算角度（無盲點）圍成八角形，同時，顯示器的高分辨率（1280（x3）x 1024pixels），對比度（2000：1）以及反饋時間（20ms），這些都使得實驗動物在虛擬世界中處于真實的環(huán)境。

2. TFT顯示器設(shè)置了四個音響支架，可選擇性的放置音箱提供聲音效果以及聽覺刺激

3. 可以在虛擬現(xiàn)實場景中設(shè)定規(guī)定時間中的標(biāo)記對實驗動物進行實驗刺激

4. 環(huán)繞監(jiān)視系統(tǒng)上方有足夠的空間搭建其他設(shè)備，如顯微鏡等。

氣流懸浮球系統(tǒng):
氣流懸浮球系統(tǒng)包括一個鋁制球架，球架底部備有壓縮氣體供氣裝置，通過供氣使得聚苯乙烯球懸浮。

可選擇兩種規(guī)格：

球體直徑20cm用于小鼠研究；

球體直徑30cm用于幼年大鼠研究；

可定制：球體直徑50cm用于成年大鼠

?可伸縮裝置:
可伸縮裝置用于控制獎勵懲罰機制。

?X/Y運動感應(yīng)裝置:
X/Y運動感應(yīng)裝置探測用于懸浮球的二維坐標(biāo)，并協(xié)調(diào)懸浮球與虛擬世界的真實性。

?觸覺刺激系統(tǒng):
當(dāng)實驗大/小鼠在虛擬迷宮中遇到虛擬屏障時，觸覺刺激裝置會吹出氣體刺激大小鼠胡須，模擬真實環(huán)境中的碰觸墻壁的效果，給予實驗動物真實的觸覺迷宮環(huán)境。Phenosys動物虛擬行為學(xué)實驗系統(tǒng)

觸覺刺激裝置左右各一個，位置可調(diào)節(jié)。

?聽覺刺激系統(tǒng):
聽覺刺激系統(tǒng)包括4個環(huán)形圓頂高頻揚聲器組成的3D立體聲系統(tǒng)，放大器，音頻接口及軟件。

?味覺刺激系統(tǒng):
味覺刺激系統(tǒng)由一套液體舔舐傳感裝置和一個蠕動泵組成,通過球架上的可伸縮裝置進行控制,從而可對實驗動物進行味覺刺激或者獎勵機制的設(shè)定。

?嗅覺刺激系統(tǒng):
嗅覺刺激系統(tǒng)由一個高靈敏度的8通道嗅覺測量器組成.通過球架上的可伸縮裝置對實驗動物進行嗅覺刺激.

?頭部固定裝置:
頭部固定裝置用于固定在懸浮球上運動的實驗動物，固定器重量僅為2g，方便實驗動物在虛擬現(xiàn)實場景中進行運動。固定器的支架可方便靈活的調(diào)節(jié)角度和位置。固定器的孔可定制。Phenosys動物虛擬行為學(xué)實驗系統(tǒng)

?懲罰機制系統(tǒng):
可伸縮裝置通過控制迎面的air puff 可作為實驗動物的一個懲罰機制。

?獎勵機制系統(tǒng):
可伸縮裝置通過控液體舔舐傳感裝置可以在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)對實驗動物進行獎勵機制。

?挫折感機制系統(tǒng):
可人為的通過剎車裝置讓運動中的實驗動物無法繼續(xù)行走，產(chǎn)生挫折感。

軟件組成:
?PhenoSoft Control：通過圖形界面控制所有硬件組件系統(tǒng) （Fig.9）

?PhenoSoft VR：構(gòu)建各種實驗所需的場景迷宮，包括大小，地標(biāo)，顏色以及紋理（Fig.10）

?PhenoSoft Schedule：流程圖和狀態(tài)圖編寫實驗計劃

軟件

基礎(chǔ)軟件包包括：

1. 通過圖形界面來控制硬件組件

2. 構(gòu)建自定義的迷宮（大小、地標(biāo)、顏色和紋理）

3. 用流程圖或狀態(tài)圖來顯示實驗進度

模塊化的解決方案

基本球架裝置配備一個可伸縮操作裝置，一個舔舐傳感器和一個用來輸送液體作為獎勵機制的蠕動泵。也可選配作為懲罰機制的air puff。

虛擬現(xiàn)實平臺高度靈活可調(diào)，刺激不僅可用于視覺，還可擴展到聲音，氣味和觸覺。此外，我們還提供一個制動裝置，靈活控制球的運動。

聲學(xué)

3D聲學(xué)系統(tǒng)包括4個環(huán)型圓頂高音音響，放大器，音頻接口和軟件。

氣味

多通道氣味調(diào)節(jié)閥快速響應(yīng)嗅覺刺激，有1-8個平行通道，通過球架的可伸縮裝置。

胡須刺激

當(dāng)動物遇到虛擬屏障時，會有氣體從左側(cè)或者右側(cè)吹出，刺激動物胡須。

懲罰機制

通過迎面氣體刺激

制動系統(tǒng)

制動系統(tǒng)可以通過軟件控制，如：當(dāng)動物碰到虛擬墻壁

三、產(chǎn)品應(yīng)用

1. 用于觀察實驗動物在虛擬現(xiàn)實中的復(fù)雜行為，也可以與電生理，光遺傳和成像系統(tǒng)結(jié)合使用。

2. 條件反射可操作性

3. 學(xué)習(xí)和記憶過程

設(shè)置

1. 環(huán)繞型監(jiān)視器（TFT，高對比度和亮度）或球型環(huán)繞監(jiān)視器（270°鏡像投影，實現(xiàn)無縫投影）

2. 易于與外部設(shè)備相接

3. 可伸縮裝置：獎（水）懲（氣體刺激）

4. 普通迷宮（T迷宮，十字迷宮，徑向臂迷宮，開放場等）或定制的虛擬現(xiàn)實場景

5. 條件反射可操作性

選配

1. 3D聲音系統(tǒng)，快速響應(yīng)氣味發(fā)生器，觸覺刺激，制動系統(tǒng)，懲罰機制

2. 20cm球針對小鼠

30cm球針對幼年大鼠

50cm球針對成年大鼠（可選）

3. 自定義編程條件反射可操作性和虛擬場景

虛擬實境與電生理膜片鉗記錄
頭顱固定與虛擬實境相搭配：科研界**能在自由活動的動物大腦中穩(wěn)定地采集到電信號！

特點說明：

膜片鉗記錄需要超高穩(wěn)定性的系統(tǒng)支持，活體膜片鉗記錄目前為止都是在麻醉動物身上進行，動物麻醉后無法模擬真實環(huán)境下對外界刺激的反應(yīng)。因此*好的實驗系統(tǒng)是在活動動物身上做記錄。既要能讓動物自由活動完成任務(wù)，又要維持穩(wěn)定性記錄大腦電生理信號，可通過虛擬實境系統(tǒng)能完成這項任務(wù)。虛擬實境系統(tǒng)采用頭顱固定方式，搭配視覺、嗅覺、聽覺、味覺、與觸覺等所有與真實環(huán)境相似的外界刺激，讓動物在三維空間中自由運動。同時搭配無限可能的迷宮設(shè)計，在狹小的實驗室空間內(nèi)模擬了各種可能的迷宮，大大增加了空間自由度 。

虛擬實境與雙光子、共聚焦熒光顯微鏡記錄
頭顱固定與虛擬實境相搭配：科研界**能在自由活動的動物大腦中，穩(wěn)定地采集到細(xì)胞影像！

特點說明：

與活體膜片鉗記錄相同，活體雙光子記錄目前為止都是在麻醉動物身上進行，動物麻醉后無法模擬真實環(huán)境下對外界刺激的反應(yīng)。因此*好的實驗系統(tǒng)是在活動動物身上做記錄。既要能讓動物自由活動完成任務(wù)，又要維持穩(wěn)定性記錄大腦皮層的細(xì)胞形態(tài)，可通過虛擬實境系統(tǒng)能完成這項任務(wù)。虛擬實境系統(tǒng)采用頭顱固定方式，搭配視覺、嗅覺、聽覺、味覺、與觸覺等所有與真實環(huán)境相似的外界刺激，讓動物在三維空間中自由運動。同時搭配無限可能的迷宮設(shè)計，在狹小的實驗室空間內(nèi)模擬了各種可能的迷宮，大大增加了空間自由度。Phenosys動物虛擬行為學(xué)實驗系統(tǒng)

四、技術(shù)參數(shù)

1.系統(tǒng)提供一組6個19寸屏幕組成的環(huán)繞TFT屏幕，其環(huán)繞角度覆蓋嚙齒類動物270度的視角.對比度達到2000:1，明亮度達到300cd/m2，能夠清晰的顯示虛擬環(huán)境，

2.提供兩種不同規(guī)格的球架，適合大小鼠實驗： M：直徑為20cm的球（適用于小鼠）；L：直徑為30cm的球（適用于幼年大鼠）；

3．Ball holder具有8個平均分布的出氣孔，能夠平穩(wěn)的浮起浮球。Head holder提供5個維度的刻度值，能夠準(zhǔn)確記錄動物的位置。

4.提供控制組件:提供一臺計算機和一個封閉電路。并提供壓力調(diào)節(jié)閥和流量計來控制壓縮氣體供氣裝置。

5.提供基礎(chǔ)軟件：通過圖形界面來控制硬件組件，能夠編輯T迷宮，十字迷宮，徑向臂迷宮，曠場等，并可根據(jù)實驗要求構(gòu)建自定義的迷宮（大小、地標(biāo)、顏色和紋理）。用流程圖或狀態(tài)圖來顯示實驗進度，并可自定義編程條件反射可操作性和虛擬場景；

6.提供12-bit 8通道的模擬信號通道，提供xy坐標(biāo)的輸出和聽覺，味覺，觸覺等事件觸發(fā)

7.提供2個24通道的TTL數(shù)字信號輸出端口，實時同步輸出事件觸發(fā)刺激信息。例如：腦刺激產(chǎn)生的時間標(biāo)記、位置、速度等結(jié)果，兼容MATLAB控制operant device的觸發(fā)

8. XY-motion sensor的分辨率能夠達到200-5700dpi，30G的*大加速度和達到4.19m/second的追蹤速度，能夠準(zhǔn)確提供虛擬空間中的坐標(biāo)和真實運動坐標(biāo)。

9.基本球架裝置配備可伸縮操作裝置，一個舔舐傳感器和一個用來輸送液體作為獎勵機制的蠕動泵。也可選配作為懲罰機制的air puff。

10.提供3D聲學(xué)系統(tǒng)：*多可配4個環(huán)型圓頂高音音響，配有音頻接口和軟件，頻率達到1500-40000Hz，共鳴頻率為500Hz，提供24-bit/96kHzd的8個模擬信號通道。

11.嗅覺刺激：提供多通道氣味調(diào)節(jié)閥快速響應(yīng)嗅覺刺激，*多可配8個平行通道，

12.觸覺刺激（胡須刺激）：當(dāng)動物遇到虛擬屏障時，會有氣體從左側(cè)或者右側(cè)吹出，刺激動物胡須。

13.提供懲罰機制，通過迎面氣體刺激來實現(xiàn)懲罰

14.提供制動系統(tǒng)，并可以通過軟件控制，給予動物挫折感

15. 提供小于2g的金屬bar（頭部固定裝置）。