大小鼠挖掘行為分析系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

在神經(jīng)科學(xué)和行為藥理學(xué)研究中，對(duì)動(dòng)物認(rèn)知與行為狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估，是解析腦功能、驗(yàn)證藥品效果的核心環(huán)節(jié)。相較于迷宮、水迷宮等依賴空間學(xué)習(xí)記憶能力的經(jīng)典范式，大小鼠挖掘精細(xì)行為分析系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)作為一種非空間認(rèn)知范式，憑借對(duì)動(dòng)物自發(fā)行為的低干擾、多維度記錄能力，正在成為評(píng)估動(dòng)物基礎(chǔ)狀態(tài)與神經(jīng)功能的重要工具。

和多數(shù)需要訓(xùn)練、依賴外部獎(jiǎng)懲的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)不同，挖掘本就是嚙齒類動(dòng)物與生俱來(lái)的本能行為。無(wú)論是野外環(huán)境的巢穴搭建、食物搜尋，還是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中對(duì)墊料的探索，大小鼠的挖掘行為都不需要提前訓(xùn)練，幾乎不會(huì)產(chǎn)生學(xué)習(xí)記憶偏差，更能反映動(dòng)物的基礎(chǔ)生理與神經(jīng)狀態(tài)。這套分析系統(tǒng)通過(guò)高清攝像結(jié)合AI識(shí)別算法，可以自動(dòng)追蹤動(dòng)物挖掘動(dòng)作的頻率、持續(xù)時(shí)長(zhǎng)、前爪抓掘力度、鼻子探掘深度等一系列精細(xì)化指標(biāo)，彌補(bǔ)了人工觀察無(wú)法量化、主觀性強(qiáng)的缺陷。

核心應(yīng)用場(chǎng)景：覆蓋多維度研究需求

目前，大小鼠挖掘精細(xì)行為分析已經(jīng)滲透到神經(jīng)科學(xué)與行為藥理學(xué)研究的多個(gè)核心領(lǐng)域，其應(yīng)用主要集中在四個(gè)方向：

自發(fā)行為與活動(dòng)動(dòng)機(jī)評(píng)估

自發(fā)活動(dòng)量與探索動(dòng)機(jī)是檢測(cè)動(dòng)物基礎(chǔ)神經(jīng)狀態(tài)的基礎(chǔ)指標(biāo)，也是許多病模型的初篩標(biāo)準(zhǔn)。在阿爾茨海默病模型小鼠中，早期病變尚未影響空間學(xué)習(xí)能力時(shí)，就已經(jīng)會(huì)出現(xiàn)自發(fā)挖掘行為的顯著減少，反映了探索動(dòng)機(jī)的下降；而對(duì)于精神興奮類藥的篩選，劑量依賴的挖掘頻率變化，可以直觀反映藥對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的激活程度。相較于傳統(tǒng)的開(kāi)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)僅記錄總活動(dòng)路程，挖掘行為更能區(qū)分“泛活動(dòng)”與“目標(biāo)導(dǎo)向探索”，為動(dòng)機(jī)狀態(tài)評(píng)估提供更準(zhǔn)確的分層依據(jù)。

痛覺(jué)感知與鎮(zhèn)痛藥品效果評(píng)價(jià)

慢性痛覺(jué)模型中，動(dòng)物的痛覺(jué)敏化會(huì)顯著抑制本能挖掘行為——當(dāng)肢體或面部存在慢性痛時(shí)，抓掘、探洞等需要發(fā)力的動(dòng)作會(huì)誘發(fā)痛覺(jué)加劇，動(dòng)物會(huì)自發(fā)減少挖掘行為。相較于熱輻射甩尾、福爾馬林試驗(yàn)等急性痛覺(jué)檢測(cè)范式，挖掘行為實(shí)驗(yàn)可以在無(wú)外界傷害性刺激的自然狀態(tài)下，記錄動(dòng)物慢性痛對(duì)日常行為的影響，更貼近臨床慢性痛患者的真實(shí)狀態(tài)。同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)還可以同步觀察動(dòng)物的活動(dòng)量，排除鎮(zhèn)痛藥同時(shí)帶來(lái)的運(yùn)動(dòng)抑制對(duì)結(jié)果的干擾，讓藥效評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確。

神經(jīng)功能完整性檢測(cè)

中風(fēng)、脊髓損傷、帕金森等神經(jīng)系統(tǒng)損傷或退行病模型中，精細(xì)運(yùn)動(dòng)控制能力的受損，會(huì)直接體現(xiàn)在挖掘動(dòng)作的協(xié)調(diào)性上。例如，帕金森模型小鼠的黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元丟失，會(huì)導(dǎo)致前爪抓掘的連貫性下降、單次挖掘持續(xù)時(shí)間縮短；而一側(cè)皮層損傷的中風(fēng)模型小鼠，損傷對(duì)側(cè)肢體的挖掘動(dòng)作頻率會(huì)顯著降低，通過(guò)量化指標(biāo)可以準(zhǔn)確反映神經(jīng)功能的缺損程度，也能客觀評(píng)價(jià)干細(xì)胞、神經(jīng)保護(hù)藥品對(duì)功能恢復(fù)的效果。

本能行為與社交狀態(tài)的關(guān)聯(lián)研究

近年來(lái)越來(lái)越多研究發(fā)現(xiàn)，嚙齒類動(dòng)物的挖掘行為不僅是個(gè)體本能，還和群體中的領(lǐng)地標(biāo)記、筑巢社交行為密切相關(guān)。在焦慮、抑郁模型中，動(dòng)物的社交退縮往往伴隨挖掘行為的異常改變——過(guò)度挖掘反映了焦慮狀態(tài)下的重復(fù)刻板行為，挖掘減少則對(duì)應(yīng)了興趣缺失的抑郁表型。這種對(duì)本能行為的量化，為情緒障礙研究提供了區(qū)別于傳統(tǒng)糖水偏好、強(qiáng)迫游泳的新評(píng)估維度。

核心評(píng)估維度：從單一刻錄到多參數(shù)解析

大小鼠挖掘精細(xì)行為分析系統(tǒng)的核心優(yōu)勢(shì)，在于可以同時(shí)輸出多維度量化指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)從“有沒(méi)有挖掘”到“挖得怎么樣”的精細(xì)化評(píng)估：

頻率與時(shí)長(zhǎng)維度：包括總挖掘次數(shù)、單次挖掘平均時(shí)長(zhǎng)、總挖掘持續(xù)時(shí)間占比，這組指標(biāo)直接反映動(dòng)物的探索意愿與活動(dòng)動(dòng)機(jī)，是基礎(chǔ)的評(píng)估參數(shù)；

動(dòng)作精細(xì)度維度：包括前爪參與挖掘的比例、挖掘動(dòng)作的連貫性、探掘深度變化，這些參數(shù)可以直接反映動(dòng)物精細(xì)運(yùn)動(dòng)控制能力，評(píng)估神經(jīng)功能的完整性；

偏好性維度：通過(guò)在實(shí)驗(yàn)區(qū)域設(shè)置不同材質(zhì)的挖掘區(qū)域，系統(tǒng)可以記錄動(dòng)物對(duì)不同墊料、不同埋藏物的挖掘偏好，用于評(píng)估動(dòng)物的嗅覺(jué)識(shí)別、獎(jiǎng)賞尋求等認(rèn)知功能；

時(shí)序變化維度：系統(tǒng)可以記錄動(dòng)物在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中挖掘行為的動(dòng)態(tài)變化，區(qū)分是持續(xù)穩(wěn)定的探索，還是隨著時(shí)間推移快速下降的興趣缺失，為疲勞、動(dòng)機(jī)消退等狀態(tài)評(píng)估提供依據(jù)。

相較于傳統(tǒng)非空間行為范式僅能提供一兩個(gè)終末指標(biāo)，這套系統(tǒng)的多維度評(píng)估，可以幫助研究者從同一個(gè)實(shí)驗(yàn)中獲得動(dòng)物動(dòng)機(jī)、運(yùn)動(dòng)、感知、認(rèn)知多個(gè)層面的信息，既減少了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用量，也避免了不同實(shí)驗(yàn)之間的個(gè)體差異干擾。

作為一種不需要訓(xùn)練、貼近動(dòng)物本能的非空間認(rèn)知范式，大小鼠挖掘精細(xì)行為分析系統(tǒng)為神經(jīng)科學(xué)和行為藥理學(xué)研究提供了一個(gè)低門(mén)檻、高信息量的評(píng)估工具。隨著人工智能圖像識(shí)別精度的提升，這套系統(tǒng)未來(lái)還將實(shí)現(xiàn)對(duì)更多精細(xì)動(dòng)作，比如刨挖、埋食、整理巢穴等行為的拆分識(shí)別，為解析腦功能、開(kāi)發(fā)創(chuàng)新藥品提供更有力的行為學(xué)支撐。