專利名稱：斑馬魚行為誘發(fā)和分析方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模式生物斑馬魚行為誘發(fā)和分析方法，尤其實(shí)施這一方法的誘發(fā)和分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
模式生物斑馬魚在生命科學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于腫瘤、造血系統(tǒng)疾病、心血管疾病、眼科疾病、腎病疾病、骨骼相關(guān)疾病、癲癇、神經(jīng)系統(tǒng)等各項(xiàng)研究。斑馬魚行為學(xué)分析是一項(xiàng)重要的研究手段，但目前已有的行為系統(tǒng)不能用于成年斑馬魚OKR(optokinetic response, 眼動(dòng)反應(yīng))、0MR(optomotor response，視動(dòng)反應(yīng))等行為的誘發(fā)和分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種斑馬魚行為誘發(fā)和分析方法及其系統(tǒng)，能夠進(jìn)行成年斑馬魚的OKR分析。本發(fā)明提出一種斑馬魚行為學(xué)誘發(fā)和分析系統(tǒng)，包括視覺刺激裝置、攝像頭以及分析系統(tǒng)。視覺刺激裝置至少能夠誘發(fā)斑馬魚的眼動(dòng)反應(yīng)、視動(dòng)反應(yīng)行為。攝像頭用以拍攝斑馬魚的行為，以獲得視頻數(shù)據(jù)。分析系統(tǒng)輸入所述視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行行為學(xué)分析，以獲得斑馬魚的眼動(dòng)反應(yīng)和視動(dòng)反應(yīng)行為學(xué)數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述視覺刺激裝置是機(jī)械式視覺刺激裝置，其包括電機(jī)、 傳動(dòng)裝置、光柵、以及燈管，所述電機(jī)用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，所述傳動(dòng)裝置用于把電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞至光柵以帶動(dòng)光柵轉(zhuǎn)動(dòng)，所述燈管用于照亮光柵產(chǎn)生視覺圖像。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述視覺刺激裝置是弧形屏刺激器，其包括容納斑馬魚的容器和包圍該容器的弧形屏顯示器，該弧形屏顯示器產(chǎn)生圖像，作為斑馬魚的視覺刺激。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述分析系統(tǒng)是基于預(yù)設(shè)的一個(gè)或多個(gè)模板對選定的視頻圖像的一個(gè)或多個(gè)感興趣區(qū)域進(jìn)行模板匹配，以跟蹤獲取斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)行為的眼動(dòng)角度數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述分析系統(tǒng)是從視頻圖像中扣除背景再剪切出選定的感興趣區(qū)域并通過二值化分離出目標(biāo)，以跟蹤獲取斑馬魚視動(dòng)反應(yīng)行為的角度數(shù)據(jù)。本發(fā)明另提出一種斑馬魚行為學(xué)誘發(fā)和分析方法，適用于成年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)分析，該方法包括以下步驟麻醉成年斑馬魚后固定其位置，不讓其游動(dòng)；成年斑馬魚清醒后，對成年斑馬魚進(jìn)行視覺刺激；拍攝成年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)行為視頻；對所述視頻進(jìn)行分析，其包括以下步驟設(shè)置左眼、右眼、中心三個(gè)模板；對所述視頻中的至少部分圖像，設(shè)置與該左眼、右眼、和中心模板對應(yīng)的感興趣區(qū)域；
4
使用模板匹配算法獲得左眼、右眼和中心的坐標(biāo)和角度；以及對斑馬魚左眼、右眼和中心的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得成年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。本發(fā)明還提出一種斑馬魚行為學(xué)誘發(fā)和分析方法，適用于幼年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)分析，該方法包括以下步驟固定幼年斑馬魚的位置；對幼年斑馬魚進(jìn)行視覺刺激；拍攝幼年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)行為視頻；對所述視頻進(jìn)行分析，其包括以下步驟從所述視頻的至少部分圖像中選取局部圖像作為參考中心，設(shè)置幼年斑馬魚的中心模板；通過模板匹配算法獲得該參考中心的坐標(biāo)和角度；對所述視頻中的至少部分圖像，選取幼年斑馬魚頭部作為感興趣區(qū)域，提取該感興趣區(qū)域；對提取的感興趣區(qū)域進(jìn)行二值化處理；以及分析經(jīng)過二值化處理的感興趣區(qū)域，獲取幼年斑馬魚左、右眼球?qū)?yīng)的坐標(biāo)和角度。從另一角度看，本發(fā)明提出一種斑馬魚行為學(xué)分析系統(tǒng)，適用于成年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)分析，該系統(tǒng)包括用于設(shè)置左眼、右眼、中心三個(gè)模板的裝置；用于對所述視頻中的至少部分圖像，設(shè)置與該左眼、右眼、和中心模板對應(yīng)的感興趣區(qū)域的裝置；用于使用模板匹配算法獲得左眼、右眼和中心的坐標(biāo)和角度的裝置；以及用于對斑馬魚左眼、右眼和中心的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以獲得成年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的裝置。從另一角度看，本發(fā)明還提出一種斑馬魚行為學(xué)分析系統(tǒng)，適用于幼年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)分析，該系統(tǒng)包括用于從所述視頻的至少部分圖像中選取局部圖像作為參考中心，設(shè)置幼年斑馬魚的中心模板的裝置；用于通過模板匹配算法獲得該參考中心的坐標(biāo)和角度的裝置；用于對所述視頻中的至少部分圖像，選取幼年斑馬魚頭部作為感興趣區(qū)域，且提取該感興趣區(qū)域的裝置；用于對提取的感興趣區(qū)域進(jìn)行二值化處理的裝置；以及用于分析經(jīng)過二值化處理的感興趣區(qū)域，獲取幼年斑馬魚左、右眼球?qū)?yīng)的坐標(biāo)和角度的裝置。本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使得能夠?qū)Τ赡臧唏R魚和幼年斑馬魚進(jìn)行眼動(dòng)反應(yīng)分析。進(jìn)一步，還能夠?qū)Τ赡臧唏R魚進(jìn)行視動(dòng)反應(yīng)分析，且對幼年斑馬魚進(jìn)行多點(diǎn)跟蹤。


圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的行為誘發(fā)和分析系統(tǒng)示意圖。圖2示出本發(fā)明一實(shí)施例的視覺刺激裝置示意圖。圖3示出圖2所示裝置的控制電路圖。圖4示出本發(fā)明另一實(shí)施例的視覺刺激裝置示意圖。圖5示出圖4所示裝置的驅(qū)動(dòng)電路圖。圖6示出本發(fā)明一實(shí)施例的行為學(xué)分析系統(tǒng)架構(gòu)。圖7示出本發(fā)明一實(shí)施例的成年斑馬魚OKR分析原理。圖8示出本發(fā)明一實(shí)施例的成年斑馬魚OKR分析流程圖。圖9示出本發(fā)明一實(shí)施例的成年斑馬魚OKR分析界面。圖10示出本發(fā)明一實(shí)施例的成年斑馬魚OMR分析流程圖。圖11示出本發(fā)明一實(shí)施例的成年斑馬魚OMR分析界面。圖12示出本發(fā)明一實(shí)施例的幼年斑馬魚OKR分析原理。圖13示出本發(fā)明一實(shí)施例的幼年斑馬魚OKR分析流程圖。圖14示出本發(fā)明一實(shí)施例的幼年斑馬魚OKR分析界面。
具體實(shí)施例方式為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明。圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的行為誘發(fā)和分析系統(tǒng)示意圖。參照圖1所示，斑馬魚行為學(xué)系統(tǒng)1000包括視覺刺激裝置100、攝像頭200、數(shù)據(jù)采集單元300及分析系統(tǒng)400。視覺刺激裝置100用于給斑馬魚運(yùn)動(dòng)的光柵圖像刺激，形成特定的斑馬魚行為。 視覺刺激裝置的不同實(shí)施例將在后文參照圖2-5來描述。攝像頭200用于采集斑馬魚運(yùn)動(dòng)的視頻信息。在本發(fā)明的實(shí)施例中，攝像頭200 可以使用CCD或者CMOS通用攝像頭和軟件來構(gòu)建。為了有效地分析數(shù)據(jù)，攝像頭200的采集幀率> 25幀/秒。數(shù)據(jù)采集單元300用于從攝像頭200獲取視頻信息，并輸入分析系統(tǒng)400。分析系統(tǒng)400用于存儲(chǔ)視頻信息，并對視頻進(jìn)行分析，獲取不同斑馬魚行為學(xué)數(shù)據(jù)。分析系統(tǒng)400的具體構(gòu)成實(shí)例將在后文參照圖6來描述。在本發(fā)明一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集單元300和分析系統(tǒng)400可由硬件實(shí)施。對于硬件實(shí)施而言，本文中所描述的實(shí)施例可在一個(gè)或多個(gè)專用集成電路(ASIC)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)中來實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明另一實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集單元300和分析系統(tǒng)400可由計(jì)算機(jī)配合相關(guān)的軟件來構(gòu)建。斑馬魚行為學(xué)系統(tǒng)1000的實(shí)施例可廣泛地適用于成年斑馬魚(后文簡稱成魚) 0KR、成魚OMR、幼年斑馬魚(后文簡稱幼魚)0KR、幼魚多點(diǎn)追蹤分析。然而在不同的實(shí)施例中，斑馬魚行為學(xué)系統(tǒng)1000可以僅適用于部分場合的分析，例如成魚OKR分析。對于以硬件實(shí)施的分析系統(tǒng)來說，在不同的實(shí)施例中，硬件可能需要有所變動(dòng)。對于結(jié)合了軟件的系統(tǒng)來說，可能僅需要對軟件部分進(jìn)行改動(dòng)。圖2示出本發(fā)明一實(shí)施例的視覺刺激裝置示意圖。參照圖2所示，該示例為機(jī)械式視覺刺激裝置。斑馬魚機(jī)械式視覺刺激裝置100的主要結(jié)構(gòu)包括殼體101，齒輪傳動(dòng)裝置102，電機(jī)103，控制面板104，光柵托盤105，光柵106，環(huán)形燈光107，魚缸托盤108以及控制電路110等。電機(jī)103通過齒輪傳動(dòng)裝置102帶動(dòng)光柵托盤105轉(zhuǎn)動(dòng)，光柵托盤105 的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)光柵106轉(zhuǎn)動(dòng)。通過控制面板104可以控制環(huán)形燈107的開關(guān)、電機(jī)103的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速。圖3示出圖2所示視覺刺激裝置的控制電路，參照圖3所示，控制電路110由220V 電源供電。測速探頭111用于檢測電機(jī)103的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速表112用于顯示速度，電阻Rl 用于調(diào)節(jié)電機(jī)的速度。開關(guān)K2、K3設(shè)在控制面板104上，分別控制環(huán)形燈107和電機(jī)103 的正反轉(zhuǎn)。機(jī)械式視覺刺激裝置功能和特點(diǎn)是1.提供均勻的散射光，光柵圖像均勻清晰；2.實(shí)時(shí)顯示光柵轉(zhuǎn)速，并且能調(diào)節(jié)光柵轉(zhuǎn)動(dòng)方向和光柵轉(zhuǎn)速來改變光柵是時(shí)間頻率；3.光柵拆裝容易，能方便地更換光柵的空間頻率。除了使用以上描述的機(jī)械式視覺刺激裝置，還可以使用如圖4所示的另一實(shí)施例的視覺刺激裝置100，即弧形屏刺激器作為斑馬魚的視覺刺激?；⌒纹链碳て魇褂没⌒纹溜@示器128與魚缸或者培養(yǎng)皿相結(jié)合。弧形屏顯示器1 可以根據(jù)程序控制顯示圖像，可以實(shí)現(xiàn)多種刺激模式。刺激的光柵可以任意的改變空間頻率、時(shí)間頻率、光柵的運(yùn)動(dòng)方向、顏色、角度以及斑馬魚左右眼不對稱刺激，同時(shí)也可以顯示復(fù)雜的圖像。圖5示出圖4所示的弧形屏顯示器128的驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路中包含CPU122、存儲(chǔ)器124、顯示接口 126。CPU 122可從存儲(chǔ)器124中讀取程序來執(zhí)行，產(chǎn)生圖像，通過顯示接口 1 的驅(qū)動(dòng)，在弧形屏顯示器1 上顯示。由于省去了機(jī)械結(jié)構(gòu)，整個(gè)刺激裝置體積小、結(jié)構(gòu)簡潔。而且使用程序控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，使用方便。圖6示出本發(fā)明一實(shí)施例的行為學(xué)分析系統(tǒng)架構(gòu)。參照圖6所示，行為學(xué)分析系統(tǒng)400可包括視頻分析模塊402、數(shù)據(jù)修正模塊404和數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊406。為了使該分析系統(tǒng)400適用于成魚0KR、成魚OMR、幼魚0KR、以及幼魚多點(diǎn)追蹤分析等不同情形，上述這些模塊，尤其是視頻分析模塊需要調(diào)整，以用于分析各種不同的斑馬魚行為學(xué)視頻數(shù)據(jù)類型。以下介紹在不同場合下進(jìn)行分析的過程。成魚的OKR成魚的OKR是在斑馬魚身體被固定的條件下進(jìn)行光柵刺激，左、右眼會(huì)跟跟蹤光柵的運(yùn)動(dòng)。這時(shí)需要分析的是視頻中每一幀左、右眼相對于中心線運(yùn)動(dòng)的角度。由此獲得斑馬魚OKR角度隨時(shí)間的曲線，即可從曲線中分析出眼動(dòng)的角度、幅度、周期、次數(shù)等參數(shù)。首先是OKR行為學(xué)誘發(fā)。成年斑馬魚經(jīng)麻醉劑麻醉后，用大頭針或者其他固定裝置固定，阻止其游動(dòng)。待斑馬魚清醒后適應(yīng)5 lOmin，把固定斑馬魚置于機(jī)械式視覺刺激裝置中(如圖2)，或者弧形屏刺激器中(如圖4)。給光刺激適應(yīng)約aiiin，通過攝像頭200 記錄成年斑馬魚頭部的0KR，如圖7所示。圖7示出本發(fā)明一實(shí)施例的成年斑馬魚OKR分析原理。從圖7所示的成魚的形態(tài)特征可以看出成魚的左眼和右眼，背側(cè)觀，由此可以明顯地看出眼球的特征線。因此在進(jìn)行分析時(shí)，可使用圖像中的某一部分作為模板，使用模板匹配(Match Pattern)算法在圖中尋找與模板匹配的圖像，并最終獲得與左眼、右眼、中心相匹配圖像的數(shù)目、方向、坐標(biāo)等參數(shù)。成魚OKR的分析過程如圖8所示。首先是設(shè)置左眼、右眼、中心模板的步驟Si。這一步驟實(shí)現(xiàn)后述的模板匹配(Pattern Match)步驟S3所需的模板圖像的選取。其次是設(shè)置ROI (region of interest，感興趣區(qū))，該步驟實(shí)現(xiàn)三個(gè)與左眼、右眼、中心對應(yīng)的感興趣區(qū)域。在步驟S3進(jìn)行模板匹配，通過圖像模塊匹配算法獲得左眼、右眼、中心三個(gè)模板對應(yīng)的坐標(biāo)和角度。最后在步驟S4存儲(chǔ)這些坐標(biāo)和角度等數(shù)據(jù)。圖9示出本發(fā)明一實(shí)施例的成年斑馬魚OKR分析界面500。在界面500的左側(cè)有圖像區(qū)域502，通過設(shè)置三個(gè)模板504、506、508作為跟蹤對象，分別在三個(gè)ROI區(qū)域內(nèi)通過模板匹配算法，跟蹤獲取視頻中斑馬魚眼動(dòng)角度數(shù)據(jù)。在界面的右側(cè)有曲線區(qū)域510，其分別顯示左眼、右眼和中心的運(yùn)動(dòng)曲線。成魚的OMR當(dāng)光柵移動(dòng)時(shí)成年斑馬魚會(huì)追隨光柵圍繞魚缸做圓周運(yùn)動(dòng)，這即是成魚OMR。首先將成魚置于如圖2或圖4所示的視覺刺激裝置100內(nèi)，光適應(yīng)幾分鐘后，攝像頭200記錄運(yùn)動(dòng)光柵順時(shí)針或逆時(shí)針給視覺刺激的視頻。通過觀察可知，成魚的運(yùn)動(dòng)有以下特點(diǎn)在圓心的空間內(nèi)作往復(fù)的圓周運(yùn)動(dòng)；體形會(huì)在運(yùn)動(dòng)過程中改變。因此，這里結(jié)合使用扣除背景和圖像二值化分析算法，通過背景扣除，來分離出要跟蹤的目標(biāo)。再經(jīng)二值化后獲取二值圖形的坐標(biāo)。由于斑馬魚作循環(huán)的圓周運(yùn)動(dòng)，可以從視頻不同幀的圖形中經(jīng)過剪切合并，合成
山進(jìn)旦
出冃足。具體分析過程如圖10所示。首先在步驟Sll扣除背景，使用待分析的圖像減去背景以獲得與背景不同的對象。因?yàn)楣鈻攀寝D(zhuǎn)動(dòng)的，扣除背景后，光柵也會(huì)出現(xiàn)在圖像中。因此為了避免光柵的干擾，在步驟S12，在扣除背景的圖像中剪切出一個(gè)圓形的ROI區(qū)域作為分析的對象；在步驟S13，設(shè)置閾值把圖像二值化，分離出目標(biāo)；再經(jīng)過步驟S14的二值圖分析可以獲得追蹤的目標(biāo)；最后在步驟S15儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。圖11示出本發(fā)明一實(shí)施例的成年斑馬魚OMR分析界面600。在圖11所示的界面 600中，左側(cè)有圖像區(qū)域602，其中央的包含成魚圖像的圓形區(qū)域604為ROI區(qū)域。界面右側(cè)有曲線區(qū)域606，其顯示成魚在圓形區(qū)域604中的所處角度變化曲線。由此通過合成背景、扣除背景、ROI選取、二值化閾值設(shè)置獲得跟蹤的目標(biāo)，分析一段視頻內(nèi)斑馬魚逆/順時(shí)針時(shí)針運(yùn)動(dòng)的圈數(shù)，以及運(yùn)動(dòng)距離、平均速度，最終獲得斑馬魚視覺刺激后的運(yùn)動(dòng)變化。幼魚的OKR由于幼魚與成魚在體形特征上有所不同，因此分析方法相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。分析幼魚 OKR時(shí)，定義了體軸作為中心線，左右眼轉(zhuǎn)動(dòng)的角度以中心線為參考，計(jì)算其相對角度，如圖 12所示。幼魚的色素主要集中在眼部，在頭部體表的色素上皮細(xì)胞也含有部分色素，但與眼部顏色相比較淺，且分散，因此經(jīng)過二值化后，可以把兩個(gè)眼球從背景中分離出來。首先進(jìn)行誘發(fā)。將幼魚浸于甲基纖維素內(nèi)，或者使用低溫瓊脂糖固定其位置，把幼魚置于機(jī)械式視覺刺激裝置(如圖2)或弧形屏刺激器(如圖4)內(nèi)，給光柵刺激，同時(shí)攝像頭200記錄視頻。分析流程如圖13所示。流程從兩個(gè)方向同時(shí)或者先后進(jìn)行。在步驟S21，視頻的每一幀圖像，首先從圖中選取一個(gè)局部圖像作為幼魚眼動(dòng)角度的參考中心，設(shè)置成為中心模板。在步驟S22，通過模板匹配算法，獲得參考中心的坐標(biāo)和角度，再到步驟S^存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。在分析眼動(dòng)角度時(shí)，在步驟S23，選取設(shè)置頭部為ROI區(qū)域，然后在步驟S24，提取ROI 圖像經(jīng)過二值化后處理后，兩個(gè)眼球?qū)?yīng)為兩個(gè)值為1的粒子，通過于步驟S25分析二值圖可以獲取左右眼球?qū)?yīng)的坐標(biāo)和角度。然后在步驟S^存儲(chǔ)跟蹤獲得數(shù)據(jù)。圖14示出本發(fā)明一實(shí)施例的幼年斑馬魚OKR分析界面700。在圖14所示的界面 700中，左側(cè)有圖像區(qū)域702，設(shè)置幼年卵黃區(qū)作為幼魚的中心模板，在圖像區(qū)域702內(nèi)設(shè)置一個(gè)ROI矩形框界定的幼魚頭部區(qū)域704，經(jīng)過模板匹配、圖像二值化、二值化分析后獲得左右眼的坐標(biāo)和角度。界面右側(cè)有曲線區(qū)域706，其顯示幼魚在左右眼的角度變化曲線。在視頻數(shù)據(jù)分析以后，為了消除因視頻圖像質(zhì)量，參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻纳贁?shù)幀圖象的分析錯(cuò)誤，可以對該數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)矯正，獲取可靠的數(shù)據(jù)。最后是數(shù)據(jù)輸出，輸出斑馬魚在每一幀的坐標(biāo)X，Y、總幀數(shù)、總時(shí)間、總距離、平均速度、總運(yùn)動(dòng)圈數(shù)(OMR)，順時(shí)針方向的圈數(shù)(OMR)，逆時(shí)針圈數(shù)(OMR)；眼動(dòng)角度(OKR)Jg 動(dòng)次數(shù)(OKR)，平均眼動(dòng)幅度(OKR)。
^ .,視頻巾貞數(shù)(frames of video)其中，總時(shí)間"=——τ^--—；-r-——
中貞率(frameratio)總距離:s= t,sl(xf~xh)+(yli-yli) (i = Nframes。fvied。，i彡i)，i為視頻幀數(shù)，
i=l
X，y分別為模板匹配或二值圖分析獲得的坐標(biāo)。平均速度V =S//
i順時(shí)針圈數(shù)AV=ΣM "4-ι)，((Ai-AH)彡 0 或(Ai-AH) ( 180)，(i = Nframes
i=l
ofviedo)在OMR分析時(shí)，二值圖分析獲得的每個(gè)坐標(biāo)，相對于ROI中心坐標(biāo)有一個(gè)角度A，通過
對比相鄰兩幀圖像中，角度的改變，可判斷出其游動(dòng)的方向。
i順時(shí)針圈數(shù)-.Natw=YJyAi-4—丨)，((Ai-AH) < 0 或(Ai-AH) > 180)，(i = Nframesof
i=l
viedo) °總?cè)?shù)N= Nw+Natw.左眼動(dòng)角度相對于中心的角度Al_。= AL_A。左眼動(dòng)角度相對于中心的角度AK_。= Ακ-Α。其中，4，AK，A。分別為左眼、右眼、中心的絕對角度，4_。，ΑΚ_。分別為左、右眼相對于中心的角度眼動(dòng)次數(shù)Neye =眼動(dòng)曲線的波峰數(shù)
j
TMax1 -Min1平均眼動(dòng)幅度:A =臺(tái) J J，其中j為總波峰和波谷數(shù)，Maxj和Minj分別
j ‘
為波峰和波谷。
9
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種斑馬魚行為學(xué)誘發(fā)和分析系統(tǒng)，包括視覺刺激裝置，至少能夠誘發(fā)斑馬魚的眼動(dòng)反應(yīng)、視動(dòng)反應(yīng)行為； 攝像頭，用以拍攝斑馬魚的行為，以獲得視頻數(shù)據(jù)；分析系統(tǒng)，輸入所述視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行行為學(xué)分析，以獲得斑馬魚的眼動(dòng)反應(yīng)和視動(dòng)反應(yīng)行為學(xué)數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的斑馬魚行為學(xué)誘發(fā)和分析系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺刺激裝置是機(jī)械式視覺刺激裝置，其包括電機(jī)、傳動(dòng)裝置、光柵、以及燈管，所述電機(jī)用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，所述傳動(dòng)裝置用于把電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞至光柵以帶動(dòng)光柵轉(zhuǎn)動(dòng)，所述燈管用于照亮光柵產(chǎn)生視覺圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的斑馬魚行為學(xué)誘發(fā)和分析系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺刺激裝置是弧形屏刺激器，其包括容納斑馬魚的容器和包圍該容器的弧形屏顯示器，該弧形屏顯示器產(chǎn)生圖像，作為斑馬魚的視覺刺激。
4.如權(quán)利要求1所述的斑馬魚行為學(xué)誘發(fā)和分析系統(tǒng)，其特征在于，所述分析系統(tǒng)是基于預(yù)設(shè)的一個(gè)或多個(gè)模板對選定的視頻圖像的一個(gè)或多個(gè)感興趣區(qū)域進(jìn)行模板匹配，以跟蹤獲取斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)行為的眼動(dòng)角度數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述的斑馬魚行為學(xué)誘發(fā)和分析系統(tǒng)，其特征在于，所述分析系統(tǒng)是從視頻圖像中扣除背景再剪切出選定的感興趣區(qū)域并通過二值化分離出目標(biāo)，以跟蹤獲取斑馬魚視動(dòng)反應(yīng)行為的角度數(shù)據(jù)。
6.一種斑馬魚行為學(xué)誘發(fā)和分析方法，適用于成年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)分析，該方法包括以下步驟麻醉成年斑馬魚后固定其位置，不讓其游動(dòng)； 成年斑馬魚清醒后，對成年斑馬魚進(jìn)行視覺刺激； 拍攝成年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)行為視頻； 對所述視頻進(jìn)行分析，其包括以下步驟 設(shè)置左眼、右眼、中心三個(gè)模板；對所述視頻中的至少部分圖像，設(shè)置與該左眼、右眼、和中心模板對應(yīng)的感興趣區(qū)域； 使用模板匹配算法獲得左眼、右眼和中心的坐標(biāo)和角度；以及對斑馬魚左眼、右眼和中心的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得成年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
7.一種斑馬魚行為學(xué)誘發(fā)和分析方法，適用于幼年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)分析，該方法包括以下步驟固定幼年斑馬魚的位置； 對幼年斑馬魚進(jìn)行視覺刺激； 拍攝幼年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)行為視頻； 對所述視頻進(jìn)行分析，其包括以下步驟從所述視頻的至少部分圖像中選取局部圖像作為參考中心，設(shè)置幼年斑馬魚的中心模板；通過模板匹配算法獲得該參考中心的坐標(biāo)和角度；對所述視頻中的至少部分圖像，選取幼年斑馬魚頭部作為感興趣區(qū)域，提取該感興趣區(qū)域；對提取的感興趣區(qū)域進(jìn)行二值化處理；以及分析經(jīng)過二值化處理的感興趣區(qū)域，獲取幼年斑馬魚左、右眼球?qū)?yīng)的坐標(biāo)和角度。
8.一種斑馬魚行為學(xué)分析系統(tǒng)，適用于成年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)分析，該系統(tǒng)包括 用于設(shè)置左眼、右眼、中心三個(gè)模板的裝置；用于對所述視頻中的至少部分圖像，設(shè)置與該左眼、右眼、和中心模板對應(yīng)的感興趣區(qū)域的裝置；用于使用模板匹配算法獲得左眼、右眼和中心的坐標(biāo)和角度的裝置；以及用于對斑馬魚左眼、右眼和中心的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以獲得成年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的裝置。
9.一種斑馬魚行為學(xué)分析系統(tǒng)，適用于幼年斑馬魚眼動(dòng)反應(yīng)分析，該系統(tǒng)包括用于從所述視頻的至少部分圖像中選取局部圖像作為參考中心，設(shè)置幼年斑馬魚的中心模板的裝置；用于通過模板匹配算法獲得該參考中心的坐標(biāo)和角度的裝置； 用于對所述視頻中的至少部分圖像，選取幼年斑馬魚頭部作為感興趣區(qū)域，且提取該感興趣區(qū)域的裝置；用于對提取的感興趣區(qū)域進(jìn)行二值化處理的裝置；以及用于分析經(jīng)過二值化處理的感興趣區(qū)域，獲取幼年斑馬魚左、右眼球?qū)?yīng)的坐標(biāo)和角度的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種斑馬魚行為誘發(fā)和分析方法及其系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括視覺刺激裝置、攝像頭以及分析系統(tǒng)。視覺刺激裝置至少能夠誘發(fā)斑馬魚的眼動(dòng)反應(yīng)、視動(dòng)反應(yīng)行為。攝像頭用以拍攝斑馬魚的行為，以獲得視頻數(shù)據(jù)。分析系統(tǒng)輸入所述視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行行為學(xué)分析，以獲得斑馬魚的眼動(dòng)反應(yīng)和視動(dòng)反應(yīng)行為學(xué)數(shù)據(jù)。本發(fā)明可用于成年斑馬魚的眼動(dòng)反應(yīng)、視動(dòng)反應(yīng)分析，以及幼年斑馬魚的眼動(dòng)反應(yīng)分析。
文檔編號(hào)A01K61/00GK102172225SQ201110047260
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者胡兵, 鄒蘇琪, 黃玉斌 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)