一种小型昆虫社交行为高通量测量装置

专利检索2022-05-10  10



1.本实用新型属于动物行为学领域,具体涉及一种小型昆虫社交行为高通量测量装置。


背景技术:

2.动物的社交行为涉及感觉、认知、运动等多个方面,特别是对同类的识别、交互过程中的互动模式、多感官信息的整合等都是神经科学研究的重要方面。
3.小型昆虫(例如果蝇)的大脑结构相比于其它具有显著社交行为的高等动物更加简单,其社交行为为行为学研究提供重要范式。
4.对于果蝇来说,基于神经调控技术(例如光遗传学、热遗传学),基于行为学的筛选能检测出特定行为模式相关的神经元类群,为更加深入的神经科学研究提供参考。但是传统的行为学筛选装置如果应用于社交行为中,由于通量低,相对于庞大的神经元类群数量,限制了研究的规模。因此有必要提高社交行为的通量,以筛选更多的神经元类群,并能够利用更大的数据量挖掘更深层次的行为特征。
5.在社交行为中,交互双方的接触时所在的空间位置对于行为模式的发生和发展有决定性的影响。高通量的行为学测量往往需要将昆虫的交互区域限制在一个特定范围内,以尽可能多地重复设置交互区域并使它们不相互干扰。许多昆虫有趋向容器边界的偏好,而容器边界会阻碍行为模式的发生和发展,而且边界周围的空间拓扑形态相比于容器中心区域更加复杂,带来更多不可控因素,也增加了行为分析的复杂度。因此有必要引导昆虫趋向容器中心,使更多的交互行为在容器中心发生,以利于社交行为顺畅进行以及简化行为分析过程。
6.在社交行为中,交互双方的接触时间也会对行为模式产生影响。在开始接触后,昆虫之间会从陌生到熟悉,表现出的行为模式会有一定的变化。因此需要准确控制各个容器中昆虫的接触时间,尽量使开始接触的时间一致,这样每个不同的容器中的行为的时间序列才具有可比性。


技术实现要素:

7.为解决上述现有技术中存在的问题,本实用新型提供一种接触时间及位置可控的小型昆虫社交行为高通量测量装置,采用本发明的测量装置能使社交行为顺畅进行,并简化行为分析过程。
8.一种小型昆虫社交行为高通量测量装置,包括:
9.底板,所述底板上设有多个行为发生空间;
10.设于所述底板上的顶板,所述顶板上设有与所述行为发生空间对应的昆虫投放孔对;
11.所述顶板能相对所述底板水平移动,且至少具有使每个投放孔对与对应行为发生空间对接导通或错开的两个工作位;
12.可拆卸插入所述顶板和底板内的隔板,插入后能将所述行为发生空间分割成两个单独的子空间,同时使得对应的投放孔对中的两个投放孔分别与对应的子空间对接导通;
13.以及遮挡所述投放孔顶部的盖板。
14.上述技术方案中,底板、顶板、隔板和盖板共同组成了本发明的测量装置的行为发生装置。所述行为发生空间用于为昆虫提供活动场所;投放孔用于将昆虫放入行为发生空间内;隔板用于将行为发生空间内的两只昆虫分开,以实现接触时间可控。
15.投放昆虫时,所述顶板位于投放孔对与对应的行为发生空间对接导通的第一工作位,随后插入所述隔板,将行为发生装置分割成两个子空间,以将对应的投放孔对中的两个投放孔分开;将两只昆虫分别从两个投放孔导入两个对应的子空间内,后用盖板将投放孔顶部密封,防止昆虫飞出。
16.开始观察时,将抽出隔板,平移所述顶板至投放孔对与行为发生空间错开的第二工作位,移除所有盖板,使行为发生空间不被遮挡。
17.本发明的测量装置利用所述隔板将放置在行为发生空间内的两只昆虫隔开,实现昆虫接触时间的控制。
18.作为优选,所述盖板为长条状,由亚克力板切割成型,每个所述盖板能够遮挡中心位于同一直线上的多个所述投放孔。
19.作为优选,多个所述行为发生空间在所述底板上呈多排排列,且每一排中的多个所述行为发生空间的排列方向与所述顶板相对所述底板的移动方向垂直。
20.作为进一步优选,所述底板上的多个所述行为发生空间以矩形阵列形式排列,以使所述底板空间利用最大化,并方便后期录制视频的分割,增加测量通量。
21.作为优选,所述顶板上设有供隔板插入的细缝,每个投放孔对中的两个投放孔分别设于对应的细缝的两侧。
22.采用上述技术方案,使所述隔板插入所述顶板和底板时将对应的所述投放孔对分隔开来,使其与对应的子空间分别导通。
23.作为优选,所述细缝的长度方向与所述顶板相对所述底板的移动方向垂直。
24.通过采用上述技术方案,实现所述顶板在两个工作位的职能,即在第一工作位时投放孔对与对应的行为发生空间对接导通,位于第二工作位时投放孔对与行为发生空间错开。
25.作为优选,所述顶板水平移动方向上,相邻两个所述细缝之间的距离大于所述行为发生空间的尺寸,并小于所述行为发生空间的尺寸与相邻两个行为发生空间之间的距离之和。
26.上述技术方案中,所述行为发生空间的尺寸、相邻两个行为发生空间之间的距离均为沿所述顶板移动方向上的尺寸和距离。采用上述技术方案,以保证所述顶板在第二工作位时能够使投放孔对与行为发生空间错开。
27.作为优选,所述底板上对应每个所述行为发生空间的几何中心处设有放置食物的诱导孔,所述诱导孔与对应的所述行为发生空间导通。
28.采用上述方案,以食物诱导经饥饿处理的昆虫,使其长期处于行为发生空间的中心,进而控制昆虫社交行为的接触位置,避免侧壁对行为的影响。
29.以一雌一雄果蝇的求偶行为为例,对雌性果蝇作饥饿处理,行为发生时,雌性果蝇
被放置在诱导孔内的食物引诱长期处于行为发生空间的中心,而雄性果蝇则被雌性果蝇吸引至行为发生空间的中心,则雌雄果蝇的求偶行为在行为发生空间的中心进行。
30.作为进一步优选,所述隔板将行为发生空间分割成与诱导孔导通和不与诱导孔导通的两个子空间。经过饥饿处理的昆虫经由与不导通诱导孔的子空间相导通的投放孔导入行为发生空间。
31.作为优选,同一所述底板上的多个行为发生空间的形状和尺寸均相同;所述行为发生空间为圆形、方形或长方形等形状规则的孔,方便加工和使用。
32.作为进一步优选,所述行为发生空间为圆形孔,所述隔板插入所述行为发生空间的部分的长度小于等于所述行为发生空间的直径与所述诱导孔的直径之差,以使所述隔板能够将所述行为发生空间分割成与诱导孔导通和不与诱导孔导通的两个子空间。
33.作为优选,所述隔板包括多个顶部依次连接的齿板,所述齿板可拆卸插入所述顶板和底板内部。
34.上述技术方案中,同一所述隔板上的多个齿板为沿所述细缝长度方向上排列的多个齿板,方便加工。每个所述隔板对应的所述细缝可以是一个连续的细缝,也可以是多个与所述齿板相匹配的细缝。
35.作为优选,所述底板的底部透明,所述测量装置还包括为所述行为发生空间提供环境光的照明装置;所述照明装置包括可见光或红外led灯板和柔光板。
36.上述技术方案中,所述led灯板和柔光板均能覆盖所有行为发生单元,并对每个行为发生单元提供均一稳定的光照。
37.所述led灯板为红外led灯板时,可以实现黑暗环境下的行为实现。
38.所述底板的底部透明,方便可见光或红外光透过,为行为发现空间提供环境光。
39.为了便于加工,作为进一步优选,所述底板包括透明的基板和不透明的中间板,所述行为发生空间设于所述中间板上,并沿其厚度方向贯穿。
40.当所述底板上设置诱导孔时,所述诱导孔设于所述透明基板上。
41.所述照明装置设于所述底板的下方。
42.作为优选,所述测量装置还包括安装所述底板和照明装置的支撑装置,所述支撑装置上设有对所述底板和顶板进行定位的限位块。
43.上述技术方案中,所述支撑装置由支撑杆和白色亚克力板组成,用于放置行为发生装置和照明装置。限位块的个数根据行为发生装置的个数进行增减。
44.采用上述技术方案,可以防止导入昆虫时,所述顶板相对所述底板移动。
45.作为优选,所述顶板为透明板,所述测量装置还包括用于视频预览和录制的视频采集装置。
46.作为进一步优选,所述视频采集装置设于所述顶板上方,由工业相机、镜头、计算机、视频采集软件组成。
47.每个行为发生装置由一台相机拍摄。视频采集软件支持多台相机同时工作,能够对多个行为发生装置同时进行录制或预览图像。
48.本发明的测量装置中,基板、中间板、顶板均由亚克力板切割得到,其中,基板和顶板均为透明亚克力板,中间板为非透明亚克力板。所述隔板为白纸或锡纸切割成型,用于分隔昆虫个体,以控制接触时间。
49.本发明的测量装置中,所有部件均可由激光雕刻机对亚克力板及纸张进行切割快速成型,因此可以方便的调整各部分的材料类型、厚度、尺寸、排布方式等,以满足不同的实验需求。另外,每个测量装置中可以有多个行为发生装置以提高实验通量。
50.采用本发明的测量装置进行行为实验的步骤如下:
51.在基板的诱导孔中放置食物,后将中间板和顶板依次叠放于基板上,并将顶板移动至第一工作位;
52.在顶板的细缝中插入隔板,将行为发生空间分割成与诱导孔导通和不与诱导孔导通的两个子空间;
53.通过投放孔对中与不导通诱导孔的子空间对接导通的投放孔导入经饥饿处理的昆虫,有两种导入方式:1.先将昆虫进行麻醉处理,然后直接放入对应的投放孔中,这样需要在实验开始前等待昆虫苏醒;2.通过软管将昆虫引导进入投放孔中,这样不会对昆虫的行为有大的影响,且需要的等待的时间较短;
54.通过投放孔对中的另一投放孔导入未经饥饿处理的昆虫;
55.将行为发生装置放在支撑装置上,开启并调整照明装置,开启视频采集装置预览功能,检查画面亮度及视野范围,有必要时调整相机位置和参数;
56.让昆虫适应一段时间后,抽出隔板,移动顶板到第二工作位,移除所有盖板,使得所有行为发生空间不被其它零件遮挡,视频采集装置开始录制。
57.与现有技术相比,本实用新型的有益效果为:
58.本发明的测量装置,通过隔板的设置,使昆虫接触时间可控,另外去除隔板时所有行为发生空间同时开始实验,确保每个行为发生空间中昆虫的接触时间一致,即确保实验条件的一致性,提高实验的准确性。
59.本发明的测量装置,通过设置诱导孔,诱导昆虫长期在行为发生空间的中心处活动,避免行为发生空间的侧壁对昆虫行为的影响。
60.本发明的测量装置,测量通量高,方便进行大规模筛选。
附图说明
61.图1为本发明实施例中行为发生装置的爆炸结构示意图;
62.图2为本发明实施例拍摄状态的结构示意图;
63.图3中:a为本发明实施例中顶板位于第一工作位时的结构示意图;b为本发明实施例中顶板位于第二工作位时的结构示意图;
64.图4为本发明实施例的装置组织示意图。
65.图中:100—支撑装置、101—限位块、200—行为发生装置、300—照明装置、400—相机、10—基板、11—诱导孔、20—中间板、21—行为发生空间、30—顶板、31—投放孔、32—细缝、40—隔板、41—齿板、50—盖板。
具体实施方式
66.如图2所示,一种小型昆虫社交行为高通量测量装置,包括支撑装置100、设于支撑装置100上的两个并排排放的行为发生装置200和一个照明装置300,照明装置300设于行为发生装置200的下方,以及设于行为发生装置200上方的视频采集装置。
67.如图1所示,每个行为发生装置200包括依次设置的透明基板10、中间板20和透明顶板30、4个隔板40以及8个透明盖板50。
68.中间板20上设有呈4
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4阵列排布的直径相同的16个圆形行为发生空间21;基板10上对应行为发生空间21处设有用于放置食物并与对应的行为发生空间21导通的诱导孔11;顶板30上设有与行为发生空间21阵列对应的椭圆形昆虫投放孔31对阵列;
69.顶板30能够相对中间板20水平移动,并具有使投放孔31对与行为发生空间21对接导通的第一工作位(如图3a所示),以及将投放孔31与行为发生空间21错开的第二工作位(如图3b所示)。
70.顶板30上还设有与行为发生空间21阵列对应的细缝32阵列,每个投放孔31对中的两个投放孔31分别位于对应的细缝32的两侧,细缝32的长度方向与顶板30相对中间板20的移动方向垂直。
71.在顶板30水平移动方向上,相邻两个细缝32之间的距离大于行为发生空间21的直径,并小于行为发生空间21的直径与相邻两个行为发生空间21之间的距离(沿顶板30水平移动方向上的距离)之和。
72.每个隔板40包括顶部依次连接的4个齿板,该4个齿板沿细缝32长度方向呈直线排列。每个齿板能可拆卸插入对应的细缝32和行为发生空间21内,且齿板沿细缝32长度方向的宽度小于行为发生空间21的直径与诱导孔11的直径之差,以将行为发生空间21分割成与诱导孔11导通和与诱导孔11不导通的两个子空间,同时使对应的投放孔31对中的两个投放孔31分别与对应的子空间对接导通。
73.盖板50设置为长条形,用于遮挡沿细缝32长度方向成排的4个投放孔31。
74.照明装置300包括led灯板和柔光板。当对明亮环境下的雌雄果蝇求偶行为进行测量时,采用白光led灯板;对黑暗环境下的果蝇求偶行为进行测量时,采用红外led灯板。
75.视频采集装置设于顶板30上方,由工业相机400、镜头、计算机、视频采集软件组成。
76.如图4所示,每个行为发生装置200由一台相机400拍摄。视频采集软件支持2台相机400同时工作,对2个行为发生装置200同时进行录制和预览图像。
77.支撑装置100上设有4个限位块101,对行为发生装置200进行限位。本实施例中,基板10、中间板20和顶板30均由2mm厚的亚克力板切割得到。基板10和顶板30均为透明亚克力板,诱导孔11的直径为2mm。中间板20为白色亚克力板,行为发生空间21的直径为20mm;柔光板为白色亚克力板,厚度为5mm。盖板50由0.5mm的透明亚克力板切割成条状,隔板40为白纸切割成型。诱导孔11中的食物采用蔗糖琼脂糖溶液。
78.采用上述测量装置对明亮环境下的雌雄果蝇求偶行为测量
79.照明装置300使用白光led灯板,每个行为发生空间21中放置一雄一雌两只果蝇,一次实验可以录制32对果蝇的社交行为。实验前对雌性进行饥饿处理。食物采用蔗糖琼脂糖溶液,在加热后注入基板10的诱导孔11中,液面与基板10上顶面平齐,在室温下凝固。实验时,如图3a所示,顶板30位于第一工作位,将雌性果蝇导入细缝32上方的投放孔31(与不与诱导孔11导通的子空间相连的投放孔31),防止雌性果蝇在开始录制前就接触到食物。雄性果蝇导入细缝32下方的投放孔31(与导通诱导孔11的子空间相连的投放孔31)。等待一段时间让果蝇适应环境。移除隔板40和盖板50,将顶板30移动至第二工作位,如图3b所示,后
开始录制。可以看到,雌性果蝇被食物吸引,大部分时间保持在圆形行为发生空间21的中心进食,而雄性果蝇被雌性果蝇吸引,展现出丰富的求偶行为。
80.采用上述测量装置对黑暗环境下的果蝇求偶行为测量
81.照明装置300使用红外led灯板,整个测量装置除计算机之外都放入一个遮光罩中。果蝇的处理方法和上述明亮环境下的测量相同。在导入所有的果蝇之后,打开红外led灯板,等待果蝇适应一段时间后,打开录制软件的预览功能,通过遮光罩之外的计算机屏幕上显示的实时画面,进行移除隔板40和盖板50等操作,并将顶板30移动至第二工作位,然后开始录制,这样可以在控制果蝇在黑暗状态下相遇并进行交互。可以看到,雌性果蝇被食物吸引,大部分时间保持在圆形行为发生空间21的中心进食,而雄性果蝇被雌性果蝇吸引,展现出与光照状态下不同的求偶行为。
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