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Verfahren u,d Vorrichtung zur Registrierung der Bewegungsaktivität
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von Tieren auf optisch#optoelektronischer Grundlage Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Registrierung der Bewegungsaktivität
von Tieren auf optisch - optoelektronischer Grundlage.
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Tiere können niemals längere Zeit ruhig verbleiben, denn sie werden
immer wieder durch irgendwelche äußeren oder inneren Reizwirkungen zu körperlichen
Aktivitäten gezwungen. Eine objektive und quantitative Registrierung der sogenannten
Spontanaktivität von Tieren ist deshalb zur Bearbeitung zahlreicher Fragestellungen
in den verschiedenen Bereichen der Biologie, Verhaltensforschung und Medizin wünschenswert
und erforderlich. Die Motilität der Tiere interessiert dabei aus zwei recht verschiedenen
Gründen: 1. Die Spontanmotorik der Versuchstiere dient als Meßgröße zur Beurteilung
des physiologischen Befindens der Tiere, um auf diesem Wege ihre Reaktion auf irgendwelche
Reize zu studieren. Als Beispiele seien genannt die Frage nach der Einwirkung verschiedener
natürlicher Umweltfaktoren bzw. deren Veränderungen auf den tierischen Organismus
(z.B.
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von Umgebungstemperatur, Beleuchtung), die Prüfung der sedativen
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stimulierenden Wirkung von Substanzen in der Arzneimittelforschung,
oder die in jüngster Zeit besonders interessant gewordene Registrierung des Bewegungsverhaltens
von Fischen in schadstoffgefährdeten Gewässern.
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2. Im Gegensatz dazu stehen solche Untersuchungen, in denen die Spontanaktivität
der Versuchstiere nicht Meßgrdße ist, sondern als Einflußfaktor quantitativ in die
eigentliche Zielgröße eingeht und dadurch deren Feststellung erschwert. Hier sei
als Beispiel die Messung des
Energieumsatzes von Tieren angeführt.
Da Jede körperliche Aktivität eine Steigerung aes Stoffwechsels zur Folge hat, beinhalten
die in slchen Untersuchungen erhaltenen Meßdaten infolge der nicht ausschaltbaren
Spontanmotorik der Versuchstiere stets einen motorisch bedingten Anteil, der nur
bei gleichzeitiger Registrierung der Tierbewegungen abgeschätzt werden kann.
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Die verschiedensten Verfahren wurden zur meßtechnischen Aufzeichnung
tierischer Bewegungen entwickelt. Als verbreitestes Beispiel rein mechanisch wirkender
Apparaturen sei der Schwingkäfig genannt, der zumeist im Eigenbau entsprechend den
jeweiligen Bedürfnissen der einzelnen Untersuchung erstellt wird. Hier werden zur
Feststellung der Lokalmotilität (Bewegungen ohne Ortsveränderung) eines Versuchstieres
dessen Körperbewegungen mehr oder weniger quantitativ auf einen federnd aufgehängten
Käfig (bzw. Käfigteil) übertragen und dann dessen Schwingungen auf verschiedene
Weise registriert. Dieses Verfahren besitzt u.a. den prinzipiellen Mangel, d#ß eine
Bewegung des Versuchstieres nicht zwangsläufig eine Bewegung des Käfigs zur Folge
hat. Ist nämlich einerseits die Dämpfung des Meßsystems zu klein, resultieren aus
einer Tierbewegung stets mehrere Käfigschwingungen, während andererseits bei zu
großer Dämpfung feinmotorische Körperbewegungen des Tieres nicht mehr erfaßt werden.
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Den auf mechanischer Grundlage arbeitenden Meßsystemen ist auch das
in zahlreichen Untersuchungen benutzte Laufrad zuzuordnen, welches sich jedoch nur
zur Feststellung der Laufaktivität (Lokomotion) kleinerer Versuchstiere (Mäuse,
Ratten) eignet.
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Bei der fotoelektrischen Bewegungsmessung durchquert das sich bewegende
Versuchstier eine oder mehrere Lichtschranken. Die dabei ausgelösten elektrischen
Impulse werden als Ja- Nein- Entscheidungen auf ein Zählwerk übertragen. Eine quantifizierte
Messung der Bewegungsaktivität wäre hier jedoch allenfalls nur bei Installation
einer unendlich großen Anzahl von Fotozellen in allen drei Raumebenen möglich.
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Gelegentlich bedient man sich auch der intermittierenden Fotografies
Das Versuchstier wird in seinem Käfig durch eine automatisch gesteuerte Kamera
in
bestimmten Zeitabständen mit Belichtungszeiten von einigen Sekunden fotografiert.
Es werden dadurch je nach Intensität der augenblicklichen Aktivität des Tieres mehr
oder weniger scharfe Abbildungen desselben erhalten.
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Die Auswertung dieser Aufnahmen ist jedoch sehr schwierig, und das
Verfahren erbringt deshalb keine objektiven Ergebnisse. Gravierender ist aber, daB
eine kontinuierliche Überwachung des Tieres in der Praxis kaum durchführbar ist.
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Bei einem im Handel zu findenden Gerät wird die Anzahl der Kontaktschlüsse
registriert, die entstehen, wenn das Versuchstier bei seinen Bewegungen verschiedenew
in den Boden des Meßkäfigs eingelassene, gegeneinander isolierte und stromführende
Platten aus rostfreiem Stahl berührt. Der Schwachstrom, für den das Tier den Leiter
bildet, liegt weit unter der Schwelle biologischer Effizienz. Das Gerät ist für
Versuche an Ratten und Mäusen bestimmt.
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Die für Stoffwechseluntersuchungen notwendige Trennung und Sammlung
von Harn und Kot der Tiere sind nicht möglich.
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Bei einer anderen ebenfalls im Handel angebotenen Apparatur wird zur
Registrierung von Tierbewegungen die Sensoreigenschaft elektrischer Schwingkreise
genutzt: Der mit dem Versuchstier besetzte Tierbehälter aus elektrisch nicht leitendem
Material wird direkt auf die Meßplatte des Gerätes aufgestellt und befindet sich
damit im sensiblen Bereich von sechs hintereinander geschalteten, intern im Meßgerät
untergebrachten Orahtspulen. Diese bilden zusammen mit einem Kondensator einen elektrischen
Schwingkreis, der mit einem erregenden Oszillatol9>reis in Resonanz steht. Diese
Resonanz wird jedesmal gestört, wertn das Versuchstier sich aus dem sensiblen Bereich
einer Drahtspule in den der benachbarten Spule bewegt (Änderung der kape.zitiven
Raumstruktur). Die Resonanzstörungen werden in elektrische Impulse umgesetzt und
registriert. Die sensible Reichweite elektrischer Schwingkreise ist allerdings nur
gering, und die beschriebene Apparatur eignet sich deshalb nur zur Feststellung
der BewegungsakLivität von kleinen Bodentieren wie Ratten und Mäusen in einem gi'ößenmäßig
festgelegten Untersuchungsgefäß. Eine Trennung von Harn und Kot der Tiere kann dabei
nicht durchgeführt werden, da die dazu benötigten Separatoren einen gewissen räumlichen
Abstand von Tier zu sensibler Meßplatte bedingen.
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Mit einer weiteren im Handel erhält)ic'hen Apparatur läßt sich die
Bewegungsaktivität von Fischen verfolgen. Bei dem Gerät wird dazu in einem Versuchsbecken
mittels eines Frequenzgenerators ein Feld mit stehenden Ultraschallwellen aufgebaut.
Aufgrund ihrer großen Labilität brechen diese Wellen bsi Bewegungen der Versuchsfischo
zusammen. Jede Störung des Sonarfeldes wird durch einen elektrischen Impuls registriert.
In der Praxis lassen sich mit der Apparatur aber nur wenig zuverlässige Resultate
erzielen. Ein den Meßvorgang auslösender Effekt kommt nämlich auch zustande durch
Bewegungen des Wassers selbst (Wellen, Strömungen), aufsteigende Gasblasen, Änderungen
der Wassertemperatur sowie des Wasserstandes, usw. Schließlich wird die Messung
auch durch von außen ankommende Schallwellen und Vibrationen erheblich gestört.
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Die Bewegungsmessung an Fischen ist neuerdings im Rahmen des Umweltschutzes
besonders interessant geworden. Fische ändern bekanntlich bei Verminderung des Wasserqualität
ihr Bewegungsverhalten, und man versucht deshalb durch Registrierung der Motilität
von geeigneten Testfischen das Auftreten von Schadstoffen in Gewässern zu überwachen,
Bei den zu diesem Zweck entwickelten Geräten macht man sich das sogenannte rheotaktische
Verhalten der Fische zunutze: Durch ein besonders konstruiertes Versuchsbecken wird
das zu prüfende Wasser in Horizontalströmung geleitet, gegen die die Testfische
anschwimmen. Dieses rheotaktische Verhalten verlieren die Fische in Gegenwart von
Giftstoffen (Schwächung, Lähmung). Sie werden dann von der Wasserströmung zum Auslaßgitter
am Ende des Versbchsbeckens abgetrieben und lösen über einen dort installierten
mechanischen (Berührungskontakt), optischen (Lichtschranke) oder akustischen (Ultraschallschranke)
Meßwertgeber ein registrierbares Signal aus. Diese sogenannten Strömungsbeckens
sind verständlicherweise keine Aktivitätsmeßgeräte im eigentlichen Sinn, da mit
ihnen ja nur eine besondere Situation im Bewegungsverhalten der Fische erfaßt werden
kann.
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Im Gegensatz zu den bisher genannten Meßverfahren lassen sich Körperbewegungen
von Tieren relativ einfach und zuverlässig mit Hilfe von induzierten Spannungen
registrieren (nach Patent- Nr. 2 o13 898). Hierbei werden durch die Bewegungen des
mit einem kleinen Permanentmagneten versehenen Versuchstieres
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einer der Käfigwand aufgebrachten Drahtapule Spannungsstöße induziert, die in geeigneter
Weise direkt als Maß für die tierische Bewegunysaktivität registriert werden. Dementsprechend
störungsfrei ist der Meßvorgang. Da ein körperlicher Kontakt des Tieres zum Meßwertgeber
(Spule) nicht erforderlich ist, bleibt der Raum des Tierkäfigs frei für andere Untersuchungen,
z.B. für die Trennung und Sammlung von Harn und Kot mittels geeigneter Separatoren.
Die Meßmethode ist gleichermaßen anwendbar bei land lebenden Tieren sowie bei Wassertieren,
z.B. Fischen. Die zur Durchführung des Verfahrens notwendige Befestigung eines Permanentmagneten
am Versuchstier wird jedoch als Nachteil empfunden. Für verschiedene Untersuchungen
ist eine Magnetmarkierung der Tiere unerwünscht bzw. nicht realisierbar. Letzteres
trifft insbesondere zu für sehr kleine Tiere.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bewegungsaktivität von
Tieren zu erfassen, wobei Art, Körpergröße und Bewegungsweise des Jeweiligen Versuchstieres
keine Rolle spielen und eine besondere Form des Tierbahälters sowie eine ~spezielle
Manipulation am Versuchstier zur Durchführung des Verfahrens nicht erforderlich
sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei
dem mittels mindestens einer optischen Linse ein Bild eines Tieres auf mindestens
eine aus mehreren Fotowiderständer bestehende lichtempfindliche Meßplatte projiziert
und durch Schaltung der Fotowiderstände zu einer Wheatstone'schen Meßbrücke eine
der jeweiligen Bewegung des Tieres entsprechende meßbare Änderung eines elektrischen
Stromes erreicht wird. Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäflen Verfahrens
und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß die Bewegungsaktivität
eines beliebigen Versuchstieres sofort in einem beliebig geformten Tierbehälter
registrierbar ist. Es ist gleichgültig, ob es sich um ein
sehr
großes oder sehr kleines Tier haddeltX sich dieses schnell oder langsam bewegt,
ob es ein Land- oder Wassertier ist. Das heißt konkret, es kann gleichermaßen die
Bewegungsaktivität z.B. eines großen Hundes oder eines kleinen Insekts, einer flinken
Maus oder einer langsamen Schnecke, eines fliegenden Vogels oder eines im Wasser
schwimmenden Fisches gemessen werden.
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Die einzelnen Bewegungen des Tieres werden nach dem Umfang der Körpermas~enverschiebung,
der Wegstrecke, Geschwindigkeit und Richtung durch entsprechende Änderungen des
Meßstromes angezeigt. Sowohl alle Bewegungen mit Ortsveränderung (Lokomotionen)
als auch alle Bewegungen am Ort (Lokalmotilität) sowie feinmotorische und grobe
Körperbewegungen werden erfaßt. Es werden nicht nur Bewegungen mit Beteiligung des
gesamten Tierkörpers registriert, sondern auch isolierte Bewegungen einzelner Körperteile.
Das Meßverfahren ist nicht auf die Feststellung der Bewegungsaktivität eines Einzeltieres
beschränkt, sondern es kann auch die Gesamtmotilität einer beliebig großen Tiergruppe
aufgezeichnet werden.
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Da eine besondere Vorbereitung des Versuchstieres zur Durchführung
des Verfahrens nicht erforderlich ist, kann mit der Registrierung seiner Bewegungsaktivität
sofort und jederzeit begonnen werden. Für die Messung kann jeder beliebig geformte
Tierbehälter benutzt werden. Es entfällt somit die oft nicht erwünschte Notwendigkeit,
das Versuchstier vor der Messung in einen besonderen Meßkäfig umzusetzen. Es besteht
andererseits die Möglichkeit, den Tierbehälter so zu gestalten, daß gleichzeitig
andere Untersuchungen am Tier vorgenommen werden können. Im Hinblick hierauf ist
es ein besonderer Vorteil des Verfahrens daß zu seiner Durchführung ein körperlicher
Kontakt zwischen dem Versuchstier und der Meßvorrichtung nicht erforderlich ist
und somit der Raum des Tierbehälters frei gehalten wird.
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Hinsichtlich des Behältermaterials besteht nur insofern eine Einschränkung,
daß der Tierbehälter bei Verwendung undurchsichtigen Materials davon nicht allseitig
umschlossen sein darf, da ja die Bewegungen des Tieres in dem Behälter für die Meßvorrichtung
11beobachtbar" sein müssen. Es sei vermerkt, daß mit Hilfe des Verfahrens auch die
Bewegungen von Tieren registrierbar sind, die sich nicht in einem Behälter aufhalten,
sondern sich völlig frei in einem bestimmten Meßraum ohne feste Wandungen bewegen.
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Das Verfahren kann nicht nur zur Registrierung der Bewegungsaktivität
von Tieren, sondern auch zur Bewegungsmessung am Menschen bzw. zur Aufzeichrung
von Bewegungsvorgängen ganz ellgemein eingesetzt werden.
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Die Durchführung des Verfahrens setzt die Gegenwart einer ausreichenden
Lichtmenge im Meßraum voraus, was sich jedoch immer erreichen läßt. Bei Ausleuchtung
des Tierbehälters mit natürlichem Licht kann die Messung durch Schwankungen der
Beleuchtungsintensität beeinflußt werden. Diesem Umstand kann man jedoch meßtechnisch
begegnen, indem man z.B. die jeweilige Beleuchtungsintensität des Tierbehälters
mittels einer Foto zelle kontinuierlich mißt und den von der Foto zelle abgegebenen
Fotostrom in geeigneter Weise zur Kompensation derjenigen Stromänderungen der Meßvorrichtung
benutzt, die durch Schwankungen der Beleuchtung bedingt sind. In der Regel wird
man jedoch den Tierbehälter durch eine künstliche Lichtquelle mit praktisch konstant
bleibender Lichtleistung ausleuchten. Für sogenannte Dunkeluntersuchungen bietet
sich die Benutzung von infrarotem Licht an. In diesem Falle muß natürlich die Empfindlichkeit
der in der Meßvorrichtung verwendeten Fotowiderstände ebenfalls im IR- Bereich liegen.
Darüber hinau:; kann die von Tieren abgegebene Wärmestrahlung direkt zur Registrierung
ihrer Bewegungsaktivität herangezogen werden.
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Für die Durchführung des Verfahrens ist auch ein ausreichender Kontrast
des von dem Versuchstier und seiner Umgebung reflektierten Lichtes erforderlich.
Diese Bedingung läßt sich z.B. durch einen entsprechenden Farbanstrich des Tierbehälters
stets erfüllen. In diesem Zusalmenhang ist mit dem vorliegenden Verfahren auch die
Registrierung der Bewegungsaktivität eines Einzeltieres innerhalb einer Tiergruppe
möglich, wenn sich dieses von den anderen Tieren farblich genügend unterscheidet.
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Die optische Grundlage des Verfahrens ist die bekannte Linsenformel
1 1 1 f g + b , die den in einem optischen System bestehenden quantitativen Zusammenhang
zwischen Brennweite (f) der Linse, Gegenstandsweite (g) und Bildweite (b) wiedergibt.
Der Abbildungsmaßstab (oC) ist gegeben durch das Verhältnis von Bildgröße (8) und
Gegenstandsgröße (G) bzw. von Bildweite (b) und Gegenstandsweite (g): α= P
b und Gegenstandsweite (g): B = b . Vor diesem Hintergrund läßt sich
die
uneingeschränkte Anwendbarkeit des Verfahrens in bezug auf die maximale und minimale
Tiergröße erkennen: Bewegt sich das Versuchstfer (- Gegenstand) in einem Abstand
vor der Linse ( Gegenstandsweite), der größer ist als die doppelte Brennweite der
Linse, ergibt sich auf der Meßplatte eine entprechend verkleinerte Abbildung des
Tieres (Bewegungsmessung an großen Tieren). Das Tier wird dagegen vergrößert auf
die Meßplatte projiziert, wenn es sich innerhalb der doppelten bis einfachen Brennweite
vor der Linse bewegt (Bewegungsmessung an kleinen Tieren). Es besteht also die Möglichkeit,
die Bewegungsaktivität unterschiedlich großer Tiere mit ein und derselben Vorrichtung
zu registrieren. Der jeweilige Meßbereich einer Vorrichtung wird durch die Brechkraft
(,) der darin verwendeten optischen Linse bestimmt. Soweit bekannt, ist das Problem
der technischen Herstellung von Linsen mit veränderbarer Brechkraft noch nicht gelöst.
Es muß deshalb in der Vorrichtung eine Linse mit konstanter Brechkraft Verwendung
finden. Die für die Messung notwendige relativ scharfe Abbildung des sich bewegenden
Tieres auf der Meßplatte läßt sich entsprechend der obigen Linsenformel für verschiedene
Gegenstandsweiten bei gleichbleibender Brechkraft der Linse durch entsprechende
Einstellung der Bildweite erreichen. Das heißt, will man mit derselben Vorrichtung
die Bewegungen von großen und kleinen Tieren registrieren, verbringt man zunächst
die Meßvorrichtung in einen der jeweiligen Tiergröße entsprechenden Abstand (= Gegenstandsweite)
zum Tierbehälter (Festlegung des Abbildungsmaßstabes). Das zur Messung notwendige
scharfe Bild des Tieres auf der Meßplatte erreicht man dann durch entsprechende
Einstellung des Abstandes zwischen Linse und Meßplatte (Bildweite).
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Ein solches Vorgehen ist sicherlich zweckmäßiger als das Austauschen
der Linse gegen eine andere mit einer für die jeweilige Messung geeigneten Brechkraft.
Durch einfaches Austauschen der Linse in der Vorrichtung gegen Linsen mit verschiedener
Brechkraft läßt sich jedoch der Meßbereich einer Vorrichtung beliebig variieren.
Darüber hinaus kann der Meßbereich einer Vorrichtung erheblich erweitert werden,
wenn darin statt nur einer Linse eine Kombination von optischen Linsen (z.B. Linsensystem
wie im Mikroskop Fernroht, Zoom- Objektiv) verwendet wird, welches natürlich ebenfalls
austauschbar sein kann.
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Das Ausführungsbeispiel des mechanisch- optischen Teiles einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens ist in Abbildung 1 schematisch in Seitenansicht
dargestellt und wird wie folgt näher beschrieben: Die Vorrichtung besteht aus einem
mittels eines Feintriebes (a) dehnbaren lichtdichten Faltenbalg (b), in dessen gegenstandsseitiger
Öffnung eine Bikonvexlinse (c) und in der gegenüberliegenden bildseitigen Öffnung
eine lichtempfindliche Meßplatte (d) befestigt sind. Die Vorrichtung ist über dem
mit dem Versuchstier (e) besetzten Tierbehälter (f) in solchem Abstand (Gegenstandsweite)
angeordnet, daß der gesamte Innenraum des Tierbehälters (f) auf der Meßplatte (d)
durch die Linse (c) abgebildet wird. Der für eine scharfe Abbildung des Versuchstieres
(e) auf der Meßplatte (d) notwendige Abstand (Bildweite) zwischen Linse (c) und
Meßplatte (d) wird mittels des Feintriebes (a) eingeregelt. Bei jeder Bewegung des
Versuchstieres (e) bewegt sich auch dessen Bild auf der Meßplatte (d). Die dadurch
bedingte lokal wechselnde Belichtung der Meßplatte (d) führt zu Änderungen des von
der Meßplatte (d) abgegebenen Meßstromes, die als Maß für die Bewegungsaktivität
des Versuchstieres (e) registriert werden.
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Die meßtechnische Registrierung des von Cem Versuchstier auf die MeRplatte
durch die Linse projizierten Bildes erfolgt auf optoelektronischem Wege unter Verwendung
von Fotowiderständen. Die Registrierung der Bildbewegung ( Tierbewegung) selbst
wird durch Schaltung der Fotowiderstände zu einer sogenannten Wheatstone'schen Meßbrücke
erreicht: Die elektrische Leitfähigkeit von Fotowiderständen ändert sich bekanntlich
in Abhängigkeit zur Belichtung. Verbindet man vier gleiche Fotowiderstände zu einer
Wheatstone' schen Meßbrücke, erhält man eine Meßvorrichtung von hoher Lichtempfindlichkeit.
Bei gleich starker Belichtung der vier Fotowiderstände fließt in der sogenannten
Brücke der Schaltung kein Strom, da die elektrische Leitfähigkeit aller vier Fotowiderstände
gleich groß ist. Jede auftretende geringzügig verschiedene Belichtung der einzelnen
Fotowiderstände führt zu einer entsprechenden Änderung der elektrischen Leitfähigkeit
der einzelnen Fotowiderstände und damit zu einer Verstimmung der Meßanordnung. Das
Ergebnis ist das Fließen eines entsprechend großen Brückenstromes. Durch Verwendung
von mehreren Fotowiderständen, die in geeigneter Weise zu einer Wheatstone'
schen
Meßbrücke zusammengeschaltet werden, lassen sich beliebig große, für lokale Lichtänderungen
hoch empfindliche Meßplatten herstellen. Wird nun auf eine solche Meßplatte mittels
einer Linse das Bild eines sich bewegenden Versuchstieres projiziert, kommt es bei
ausreichendem Lichtkontrast zwischen Tier und Umgebung zu einer ständig wechselnden
Belichtung der einzelnen Fotowiderstcinde und damit zu meßbaren änderungen des von
der Meßplatte abgegebenen Brückenstromes.
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Die Meßempfindlichkeit einer solchen Meßplatte hinsichtlich der Registrierung
von beweglichen [3ildern hängt von ihrem optischen Auflösevermögen ab.
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Dieses ist um so größer, je kleiner die Abmessungen der zum Aufbau
der Meßplatte verwendeten Fotowiderstände sind. Als Beispiel der Leistungsfähigkeit
des Verfahrens sei erwähnt, daß mit heute erhältlichen serienmäßigen, relativ großen
Fotowiderständen (z.B. Fotowiderstände der Type LDR o7) ohne aufwendige Optik (Verwendung
einer Bikonvexlinae mit einer Brennweite von f = 5 cm) die Bewegungsaktivität von
sehr kleinen Insekten (z.B. einer Ameise) registriert werden kann.
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Das Ausführungsbeispiel einer lichtempfindlicher Meßplatte ist in
Abbildung 2 schematisch dargestellt und wird wie folgt näher beschrieben. Die Abbildung
zeigt links in Aufsicht die geometrische Anordnung der Fotowiderstände auf der Meßplatte
und rechts die elektrische Schaltung der Fotowiderstände: Die Meßplatte (d1) ist
aus 16 gleichen Fotowiderständen (r) aufgebaut, die nebeneinander in einer Ebene
angaordnet sind. Die in der Abbildung durch gleiche Ziffern gekennzeichneten Fotowiderstände
(r) sind jeweils durch Hintereinanderschaltung zusammengefaßt. Die sich auf diese
Weise ergebenden vier Widerstandsblocks sind dann zu einer Wheatstone'schen Meßbrücke
verbunden.
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Das Meßsignal zur Registrierung der Tierbewegung ist der durch das
Galvanometer (G) fließende Brückenstrom. Die Meßplatte (d1) ist aufgrund der besonderen
geometrischen- elektrischen Anordnung der Fotowiderstände (r) empfindlich für Änderungen
der Lichtintensität in zwei zueinander senkrechten Richtungen (E1) und (E2). Eine
Bewegung des Bildes auf Fotowiderständen (r), die im gleichen Block zusammengeschaltet
sind, ist nicht möglich.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer lichtempfindlichen Meßplatts
ist in gleicher Weise in Abbildung 3 dargestellt. Diese Meßplatte (d2) unterscheidet
sich
von der vorher beschriebenen nur durch die andere g3ometrische Anordnung der Fotowiderstände
(r), wodurch eine Empfindlichkeit für vorwiegend in einer Richtung (E) ablaufende
Änderungen der Lichtintensität erzielt wird. Bewegt sich das Bild in der dazu senkrecht
verlaufenden Richtung, trifft es stets auf im gleichen Block zusammengefaßte Fotowiderständs,
so daß es zu keiner Änderung des Brückenstromes kommt.
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Benutzt man bei der in Abbildung 1 dargestellten Vorrichtung die in
Abbildung 2 aufgezeigte zweidimensional lichtempfindliche Meßplatte (d1)1 so lassen
sich damit sämtliche Horizontalbewegungen eines Versuchstieres registrieren. Eine
solche Meßvorrichtung genügt für die Bearbeitung der meisten Fragestellungen vollauf:
Bei den verwendeten Versuchstieren handelt es sich in der Regel um sogenannte Bodentiere,
deren Hauptaktivität in der horizontalen Ebene stattfindet. Sollen auch die in vertikaler
Richtung verlaufenden Bewegungen des Versuchstieres erfaßt werden, wird das Tier
durch eine zweite Vorrichtung von der Seite her "beobachtet"~ In diese Vorrichtung
wird dann eine gemäß Abbildung 3 eindimensional lichtempfindliche Meßplatte (dz)
eingesetzt. Eine solche Anordnung mit zwei Meßvorrichtungen ermöglich andererseits
die Registrierung des Bewegungsverhaltens von sich räumlich fortbewegenden Tierarten
(z.BD Klettertieren, Vögeln, Fischen).
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Wie schon ausgeführt, ist für die Messung eine relativ scharfe Abbildung
des sich bewegenden Versuchstieres auf der lichtempfindiichen Meßplatte der Vorrichtung
erforderlich. Dies wird durch entsprechende Einstellung der Bildweite (Abstand zwischen
Linse und Meßplatte) erreicht, die in Abhängigkeit zu der jeweiligen Brechkraft
der optischen Linse und der Gegenstandsweite (Abstand zwischen Linse und Versuchstier)
steht. Um die für eine bestimmte Meßanordnung zutreffende Bildweite zu ermitteln,
muß man einerseits die Brechkraft der verwendeten Linse kennen, und andererseits
muß man die vorliegende Gegenstandsweite durch Abmessen genau bestimmen. Die Bildweite
ergibt sich dann rechnerisch aus diesen beiden Parametern über die oben angeführte
Linsenformel. Die für eine scharfe Abbildung des Versuchstieres erforderliche Bildweite
kann man aber auch in einfacher Weise auf apparativem Wege ermitteln, und zwar durch
Anwendung einer an sich bekannten Lichtteilung
in der Vorrichtung.
Das Ausführungsbeispiel einer solchen Vorrichtung ist in Abbildung 4 in Seitenansicht
schematisch dargestellt und wird wie folgt näher beschrietn: Die Vorrichtung besteht
aus einem mittels eines Feintriebes (a) dehnbaren lichtdichten Faltenbalg (b), in
dessen gegenstandsseitiger Öffnung eine B#-konvexlinse (c) befestigt ist. An der
gegenüberliegenden bildseitigen Öffnung des Faltenbalges (b) sind eine zweidimensional
lichtempfindliche Meßplatte (d1) gemäß Abbildung 2 und eine gleichgroße Mattglasscheibe
(y) angeordnet, und zwar so, daß die Meßplatte (d1) genau senkrecht zu der optischen
Achse steht und die Mattglasscheibe (g) parallel zur optischen Achse ausgerichtet
ist. Zwischen der Meßplatte (d1) und der Mattglasscheibe (g) befindet sich eine
um 450 zur optischen Achse geneigte dünne Glasplatte (h).
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Die Meßplatte (d1) und die Mattglasscheibe (g) sind in der Vorrichtung
weiterhin so angeordnet, daß ihre optischen Bildweiten gleich groß sind. Ein Teil
des durch die Linse (c) ankommenden Lichtes geht nun praktisch unabgelenkt durch
die Glasplatte (h) und fällt auf die lichtempfindliche Meßplat te (d1). Der andere
Teil des Lichtes wird dagegen durch Reflektion an der Glasplatte (h) um 900 abgelenkt
und fällt auf die Mattglasscheibe (g). Dadurch entsteht auf der Meßplatte (d1) und
auf der Mattglasscheibe (g) eweils eine zwar lichtschwächere, jedoch völlig identische
Abbildung des sich in dem Tierbehälter (f) bewegenden Versuchstieres (e). Die zur
Messung notwendige Schärfe des Tierbildes auf der Meßplatte (d1) kann nun durch
Beobachtung des Tierbildes auf der Mattglasscheibe (g) kontrolliert und notfalls
durch bessere Einstellung der Bildweite mittels des Feintriebes (a) korrigiert werden.
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Für verschiedene Fragestellungen ist eine hinsichtlich der Richtung
differenzierte Registrierung der von einem Versuchstier ausgeführten Horizontalbewegungen
wünschenswert. Eine solche Messung ist in einfacher Weise mit nur einer Vorrichtung
möglich. Diese entspricht der soeben beschriebenen und in Abbildung 4 dargestellten
Vorrichtung, nur daß anstelle der zweidimensional lichtempfindlichen Meßplatte (d1)
gemäß Abbildung 2 und der Mattglasscheibe (g) jeweils eine eindimensional lichtempfindliche
Meßplatte (d2) gemäß Abbildung 3 in entsprechender Anordnung Verwendung findet.
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Ahschließend sei noch vernierkt, daß der Bewegungsraum für ein Versuchstier
durch "ParallelbeGbachtung" mittel mehrerer Vorrichtungen in geeigneter Anordnung
beliebig erweitert werden kann.
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Abbildung 1 Ausführungsbeispiel des mechanisch- optischen Teiles der
Vorrichtung zur Registrierung der Bewegungsaktivität von Tieren auf optisch- optoelektronischer
Grundlage.
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Abbildung 2 Ausführungsbeispiel einer aus Fotowiderständen aufgebauten
zweidimensional lichtempfindlichen Meßplatte. Links: Geometrische Anordnung der
Fotowiderstände auf der Meßplatte (Aufsicht). Rechts: Elektrische Schaltung der
Fotowiderstände (Wheatstone'sche Meßbrücke) Abbildung 3 : Ausführungsbeispiel einer
aus Fotowiderständen aufgebauten eindimensional lichtempfindlichen Meßplatte. Links:
Geometrische Anordnung der Fotowiderstände auf der Meßplatte (Aufsicht). Rechts:
Elektrische Schaltung der Fotowiderstände (Wheatstone'sche Meßbrücke).
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Abbildung 4 Ausführungsbeispiel des mit einer lichtteilenden Glasplatte
ausgestatteten mechanisch- optischen Teiles der Vorrichtung zur Registrierung der
Bewegungsaktivität von Tieren auf optisch- optoelektronischer Grundlage.
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