一种家兔动物机器人运动行为控制方法.pdf

一种家兔动物机器人运动行为控制方法，它包括以下步骤：1、麻醉动物；2、对家兔颅脑进行CT和MRI扫描成像，获取颅骨和脑组织的结构和位置数据；3、应用脑立体定位仪对颅骨表面分区定位；4、用开颅钻在颅骨特定位置钻孔；5、借助CT及MRI设备进行导航将电极植入到脑内；6、将电极通过导线与电刺激器相连；7、调节刺激器参数控制动物的各种运动行为。本发明应用电刺激器与脑植入电极有线连接的方法可以应用于实验室进行动物运动行为控制的研究；能够进行电极位置的实时修正，保证电极植入位置准确性，通过电刺激器向脑功能区有线传输电刺激信号，对家兔行为运动进行控制以实现科学实验研究。

权利要求书
1.  一种家兔动物机器人运动行为控制方法，其特征在于：它包含以下步骤：
(1)采用耳缘静脉注射麻醉剂的方法将家兔进行麻醉；
(2)分别对家兔颅脑进行CT和MRI扫描成像，掌握颅骨和脑组织的结构 和位置数据；
(3)将麻醉后的家兔放在鼠兔解剖台上，将四肢以及头部进行固定，沿颅 顶正中线切开皮肤，分离骨膜与颅骨，暴露前囟、人字缝和矢状缝；
(4)应用脑立体定位仪在颅骨表面进行定位，并在颅骨表面标记电极植入 的特定位置；
(5)用手电钻在家兔颅骨表面的特定位置进行钻孔；
(6)应用CT和MRI医学影像设备导航刺激电极将五个电极分别沿各颅骨 钻孔口准确植入颅内脑组织特定区域，其中一个电极为参考电极，连接刺激器 输出负极，其它四个电极连接刺激器输出正极，分别植入家兔的前进、奔跑、 左转向、右转向的脑运动功能区；
(7)将植入电极与电刺激器的输出导线通过漆包圆铜线相连接；
(8)用牙科水泥将电极固定同时也封闭颅骨钻孔，将家兔放入实验场地， 待其苏醒恢复自由运动后，调节刺激器的各电学参数控制家兔的运动行为。

说明书一种家兔动物机器人运动行为控制方法
技术领域
本发明属于生物行为控制领域，特别涉及一种动物机器人运动行为的控制 方法。
背景技术
人类对动物进行生物行为控制是当今世界一个崭新的高科技应用前沿领 域。通过对动物行为的有效控制可执行多种任务，可以应用于灾难搜救、环境 监测、矿井勘探等民用及军事应用领域，是一个具有广泛应用前景的重要领域。
家兔属于哺乳动物，而哺乳动物的脑开始出现了新皮层，大脑(端脑)、间 脑、中脑、小脑和延脑分工也较为明确，合作也较为密切。大脑皮层是生物体 一切活动的最高管理者和支配者，机体的运动也必须在大脑皮层的控制下完成， 脑皮层也有不同运动功能的分区，刺激这些功能区会引起肌肉收缩，产生相应 的动作。所以，通过模拟生成电刺激信号，刺激家兔不同的脑功能区及神经， 可产生相应的动作，从而可能达到控制其行为运动的效果。
现有的文献中对动物机器人电极的植入通常采用开颅法或颅骨钻孔的方 法，开颅法对动物的损伤较大，严重影响动物的成活率；颅骨钻孔方法在植入 电极时一般根据动物颅骨上的标志点，采用脑立体定位仪进行植入，如浙江大 学所研制的可控静止功能的大鼠机器人，南京航空航天大学所研制的大壁虎机 器人都是根据动物脑部的特殊标志点进行定位平面的确定，后使用脑立体定位 仪进行电极的植入。由于动物个体差异较大，根据颅骨标志进行定位可能导致 植入位置出现的偏差，对实验效果产生一定影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种植入定位更加准确的家兔动物机器人行为运动 控制方法。本发明主要是通过对家兔颅脑进行CT和MRI扫描成像，获取家兔 颅骨和脑组织的结构和位置数据，对家兔颅骨进行钻孔，然后借助CT及MRI 设备进行导航将电极植入到脑内特定位置。
本发明的技术方案如下：
(1)采用耳缘静脉注射麻醉剂的方法将家兔进行麻醉；
(2)分别对家兔颅脑进行CT和MRI扫描成像，掌握颅骨和脑组织的结构 和位置数据；
(3)将麻醉后的家兔放在鼠兔解剖台上，将四肢以及头部进行固定，沿颅 顶正中线切开皮肤，分离骨膜与颅骨，暴露前囟、人字缝和矢状缝；
(4)应用脑立体定位仪在颅骨表面进行精确定位，并在颅骨表面标记电极 植入的特定位置；
(5)用手电钻在家兔颅骨表面的特定位置进行钻孔；
(6)应用CT和MRI医学影像设备导航刺激电极将五个电极分别沿各颅骨 钻孔口准确植入颅内脑组织特定区域，其中一个电极为参考电极，连接刺激器 输出负极，其它四个电极连接刺激器输出正极，分别植入家兔的前进、奔跑、 左转向、右转向运动功能区；
(7)将植入电极与电刺激器的输出导线通过漆包圆铜线相连接；
(8)用牙科水泥将电极固定同时也封闭颅骨钻孔，将家兔放入实验场地， 待其苏醒恢复自由运动后，调节刺激器的各电学参数控制家兔的运动行为，待 家兔出现预期的实验现象时，记录实验数据。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)应用生物医学电子刺激器与脑植入电极有线连接的方法可以应用于实 验室进行动物运动行为控制的研究；
(2)能够进行电极位置的实时修正，保证电极植入位置准确性，通过电刺 激器手段向脑功能区有线传输电刺激信号，对家兔动物机器人运动行为进行控 制以实现科学实验研究。
具体实施方式
取家兔，称重，陆眠宁Ⅱ按0.2/kg的剂量通过家兔耳缘静脉注射麻醉，然 后使家兔俯卧固定在兔解剖台上。
分别对家兔颅脑进行CT和MRI扫描成像，获取家兔颅骨和脑组织的结构 和位置数据。
用手术刀自家兔眉间至枕部沿矢状缝将头皮纵行切开，刮去颅顶的肌肉和 骨膜，暴露颅骨，用温热生理盐水浸湿的薄棉片擦去血迹，以看清颅骨标志 点。
将麻醉后的家兔放在数字显示脑立体定位仪上进行固定，首先将兔子的上 门根部齿钩住定位仪的门齿固定槽，将耳杆插入器耳道内，然后旋紧螺旋。
用镊子撑开头皮，按照兔脑的三维立体定位方法，结合应用MRI及CT所获 取的颅脑结构和位置数据，将其头颅表面进行分区，利用立体定位仪的三维数 字显示标记植入位点，所标记的位点分别对应家兔的前进、奔跑、左转向、右 转向运动功能区，用微型手电钻在标记位点钻孔。
应用CT和MRI医学影像设备导航，将五个电极分别沿各钻孔植入颅内脑组 织，其中一个电极为参考电极，连接刺激器输出负极，其它四个电极连接刺激 器输出正极，分别植入家兔的前进、奔跑、左转向、右转向的脑运动功能区。
将漆包圆铜线作为连接植入电极和刺激器的连接导线，漆包圆铜线头端一 段外表面的涂层用砂纸除掉使其具有导电性，漆包圆铜线头端与植入电极用电 焊焊接，漆包圆铜线尾端一段外表面的涂层用砂纸除掉使其具有导电性，漆包 圆铜线尾端与刺激器的输出导线相连接。
各个植入电极与电刺激器分别通过相应的漆包圆铜线相连接后，再将家兔 放入实验场地，待其苏醒恢复自由运动后，调节电刺激器的电压、电流、频率、 波宽等各电学参数为最小值，打开刺激器的电源开关，逐渐调整电学参数，人 为控制家兔动物机器人的运动行为，使家兔出现左转向、右转向、前进、奔跑 等各种动作。通过所出现的动作以及运动的强度、速度、角度等现象调整各种 电学参数，获得预期的运动动作，同时也通过运动现象的比较以获得适宜的实 验数据，达到生物行为控制的有效化和精确化。