电刺激家鸽中脑诱发运动的基础研究

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动物机器人由于其特殊的优势成为仿生机器人领域研究的热点。家鸽飞行距离远,负重能力强,因此研究鸽子机器人具有重要的实用价值。本文用电刺激方法研究浅麻醉状态下和自由清醒状态下家鸽中脑的不同区域诱发的行为反应,探索家鸽中脑运动相关脑区的空间编码规律。通过急性实验(n=12),发现电刺激家鸽中脑被盖区能够诱发出扇动翅膀的反应,并引发一系列其他反应,如呼吸加快、睁开双眼、羽毛倒伏等。通过组织学切片,确定可诱发躯体反应的脑区位于半环隆枕和丘间核脑区。还在部分脑区单独诱发出呼吸加快、睁开双眼、羽毛倒伏的反应。这些反应往往不是单独出现的,扇动翅膀一般会伴随有呼吸加快、急促的咕咕叫声等反应。为进一步验证运动相关脑区的功能,根据急性实验结果,在家鸽清醒并可自由活动的状态下,通过植入其中脑内特定脑区的金属微电极,进行遥控电刺激(n=6)。研究发现,在急性实验条件下所诱发的反应在慢性实验条件下基本可诱发出来,在类似的刺激参数下动物的反应会更加明显。此外,本文还使用电损毁的方法初步探索了急性实验条件下所确定的核团在家鸽运动中所起的作用(n=3),分别观察电损毁前后家鸽在站立姿势、行走步态、飞翔姿态和进食行为发生的变化。结果发现,对照组和第二组动物行为正常。第三组动物在手术后第二天出现点头、身体倾斜、眼神呆滞等反应,在第三天该动物基本恢复正常,这可能是由于其神经系统代偿机制发挥作用。本文通过急性、慢性实验以及电损毁的方法确定了中脑部分运动相关脑区,初步实现了家鸽的运动诱导,为鸽子机器人的研制提供了重要的信息。
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