Name: 小鼠疾病模型的集成行为车站行为表型（INBEST） (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-04-23T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 18 s
Description: 学习使用INBEST系统对小鼠进行连续行为监测，在熟悉的家笼环境中评估自发活动、摄食饮水和情绪反应。该方法可提高神经疾病模型行为表型分析的标准化和可重复性。

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本研究工作得到了安大略省心理健康基金会向 B.S. 提供的资助以及向 M.K. 提供的安大略省研究生奖学金的支持。

所有实验程序均经麦克马斯特大学动物护理委员会批准，并依照加拿大动物护理委员会制定的指南进行。
1. 一般步骤
<ol>
	<li>使小鼠适应已有的12小时光照/12小时黑暗循环，持续1-2周（例如， 8:00–20:00）。所有操作和检测均应在暗周期内进行，并保持室温、湿度和光照强度相对恒定。</li>
	<li>对所有小鼠进行标记或尾部纹身，以便在较长时间内进行数字编号识别，并在5-7天内每天抓取处理1-2小时。</li>
	<li>每日重复测量直肠温度、体重以及食物/水摄入量，以检测可能由衰老或疾病进展引起的发热和/或营养不良。标准排除标准包括因食物/水摄入减少导致的低体重、蜷缩姿势伴毛发竖起、脑积水、眼周出现卟啉分泌物。 等等。</li>
	<li>为了识别可能影响整体活动能力和表现的神经功能缺损，应进行标准的感觉运动功能测试，例如后肢握紧反射 13视觉定位反射 14，趋地性实验 15，篮式试验 16，平衡木行走测试 17-19，旋转杆 20，以及嗅觉测试 21. 
	注意：这些结果还可用于与 INBEST 测量指标的相关性分析，以及更审慎地选择其他操作流程（例如，若小鼠失明则采用莫里斯水迷宫实验，若小鼠嗅觉减退或缺失则采用新物体识别实验），降低组内变异性的措施，以及排除出生缺陷或感染的小鼠。</li>
	<li>以交替方式进行实验组和对照组小鼠测试时，使用消毒剂清洁塑料和玻璃器具，以去除尿液痕迹。</li>
</ol>
2. 集成化行为检测站（INBEST）操作流程
<ol>
	<li>家庭笼具装置
	<ol>
		<li>用20 mg的小鼠饲料颗粒填充食物分配器。</li>
		<li>用自来水将瓶子装满。 
		注意：可将第二个瓶子装入感兴趣的溶液，例如蔗糖或糖精溶液，用于偏好测试。</li>
		<li>称量瓶重以计算实验结束时的消耗体积。</li>
		<li>将瓶嘴插入舔舐监测仪中。确保喷嘴不会遮挡红外传感器；如果发生遮挡，应缩短喷嘴长度。</li>
		<li>在选定的笼舍角落放置庇护所。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>计算机设置 
	注意：步骤 2.2–2.11 中提供的软件命令适用于本实验室所使用的 Ethovision XT 8.5 软件包（见材料与设备列表）及测试条件。
	<ol>
		<li>使用漫射的弱光照亮房间，光线需足以支持视频追踪，但不会在箱子、地面或墙壁上产生反射。</li>
		<li>打开一个默认的视频追踪项目，并通过输入相关详细信息来设置实验参数（例如研究日期/时间、分组信息、房间条件 等等。随后，选择合适的视频源（Picolo Diligent 采集卡）、区域数量（4 个）、追踪点（中心点、鼻尖点和尾部点）以及测量单位（厘米、秒和度）。</li>
		<li>在“设置”下方选择“试验列表”选项卡后，通过点击“添加试验”按钮（1）来定义试验次数。接着，指定自变量（例如，小鼠编号、性别、分组、品系）使用“添加变量”按钮。</li>
		<li>单击“区域设置”选项卡，从实时视频中捕获背景图像。使用适当的绘图工具（如创建矩形/折线/椭圆）勾勒外围轮廓，以定义各个区域的参数。</li>
		<li>接下来，通过点击“添加区域”组按钮并勾画出各个区域来添加感兴趣区域（例如，地面，舔舐监测仪，食物分配器，攀爬网 等等。）的方式进行。为小鼠无法被观察到的区域添加隐藏区域（例如、庇护所和跑轮， 图2) 单击“添加隐藏区域组”按钮。确保为每个隐藏区域指定并关联入口/出口。</li>
		<li>对每个实验区域重复步骤 2.4–2.5。通过选中“校准”并使用相应工具（创建校准标尺/坐标轴）输入实验区域的宽度和长度，完成区域校准。最后，点击“验证实验区域设置”按钮，以验证实验区域参数设置。</li>
		<li>高亮“试验控制设置”选项卡，指定开始/停止条件和试验时长。将开始条件设置为当中心点持续时间在实验区域内超过1秒时开始。通过展开停止条件框并设置延迟（例如10小时）来调整试验持续时间，使试验在延迟结束后终止。</li>
		<li>在“检测设置”选项卡下，选中相应的检测方法（例如，动态减影和基于模型的）</li>
		<li>接下来，点击“检测”选项卡中的“设置”按钮，然后按“获取当前”按钮，以获取空实验区域的参考图像。</li>
		<li>调整对比度范围，以确保每只小鼠的中心、鼻部和尾部检测可靠、准确且连续。对于白化小鼠，应设置为小鼠比背景亮；若使用有色品系小鼠，则应设置为小鼠比背景暗。 
		注意：可根据头顶摄像机与受试者之间的距离以及所用计算机的处理速度，调整受试者尺寸和视频采样率例如， 14.9 帧/秒</li>
		<li>退出检测设置模块前，请确保保存所有更改。</li>
		<li>打开接口设备，该设备负责将输入设备记录的模拟信号转换为例如， 红外光束中断，跑轮运动 等等。) 转换为数字日志。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>数据采集 
	注意：以下软件命令与定制的 Med PC IV 程序（“向导”）相关，该程序提供实验环节参数的逐步输入例如，10 小时试验时长，小鼠编号，分组分配 等。).
	<ol>
		<li>将每只小鼠放入指定的盒子中。</li>
		<li>通过同时按下“record”按钮来同步视频和事件追踪软件。</li>
		<li>安静地离开实验室。</li>
		<li>当记录时间结束时（例如数小时、一天或数周后，取出小鼠并将其放回原代笼具中。</li>
		<li>测量瓶子的重量，并将所有数字记录保存在数字存储介质（硬盘、U盘、DVD）中。</li>
		<li>将原始数据转移至电子表格。</li>
		<li>保存 MPG 文件，用于后续对罕见行为动作进行评分（例如、刻板行为、癫痫发作）。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Henn, F. A., McKinney, W. T. Ch. 67. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHenn%2C+FA+%22Psychopharmacology%3A+The+Third+Generation+of+Progress+%22">Psychopharmacology: The Third Generation of Progress </a>. Meltzer, H. Y. , Raven Press. 687-695 (1987).</li>
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</ol>

本文的开放获取出版由 Med Associates, Inc.（美国佛蒙特州圣阿尔班斯）赞助。

在动物中检测功能效应在很大程度上取决于研究人员控制行为学研究固有变异性的能力。因此，必须严格控制并尽量减少可能降低行为数据可靠性和可重复性的潜在混杂因素。同时，必须认识到没有任何一种实验能够反映单一的行为领域，必须具备神经功能方面的知识，且行为对外部应激因素高度敏感。如果充分理解上述基本前提，就可以得出结论：全面的行为分析应包括所测反应的时间进程，并应涵盖能够反映特定行为特征的基本功能指标和实验范式。在丰富化的笼内环境中，利用计算机化系统对运动和行为活动进行评估，可满足上述许多标准。
迄今为止，人们一直强调，对人类疾病的小鼠模型进行行为表型分析需要额外的考虑。这一观点基于以下前提：在疾病发生过程中，功能稳态会受到内部和外部应激源的挑战。尽管引入自动化、笼内表型分析系统无法完全消除所有潜在的混杂因素，但其可显著减少因环境条件不一致、运输应激以及反复抓取动物所导致的问题。这极大地提高了不同研究之间的一致性和精确性；即使变异性的轻微降低，也能改善对早期疾病所诱导效应的检测能力。事实上，INBEST系统能够提供大量信息，从而更准确地评估行为变化的起始时间、动力学特征和严重程度，以及各种疾病诱导的行为缺陷之间的关键关联。可靠的视频追踪依赖于两种照明条件：首先，测试房间内需要漫射光，以防止附近反射物体产生伪影；其次，通过选择与实验动物体色差异尽可能大的笼底颜色，可以获得较高的颜色对比度。在本实验室中，我们通过在INBEST箱体下方安装泛光灯，并使用黑色笼底托盘来实现这一目标（若测试有色品系小鼠，则白色或灰色背景较为合适）。就INBEST系统的事件记录功能而言，当前的硬件配置（每台计算机配备1块Piccolo视频采集卡，含4个输入通道）限制了每台计算机最多同时连接4个笼盒。这一数量相对较少，而更理想的设置应支持8个甚至16个笼盒，分别需要2台或4台计算机。理想情况下，INBEST系统应作为动物的长期居住笼盒连续运行24小时。这将使动物充分适应环境，并建立稳定且具有昼夜节律的行为模式，从而实现无偏倚的行为分析。为防止因停电造成计算机数据丢失，必须配备持续供电装置（或至少配备不间断电源）。最后，为确保对每日食物摄入量的准确评估，需注意食物颗粒的尺寸不应超过饲料分配器孔洞的大小（推荐的单粒食物颗粒重量为20 mg）。
然而，不应忽视的是，该分析还应考虑不同的INBEST测量指标之间可能存在的相互作用。例如，花更多时间在跑轮上的小鼠可能会摄入更多的食物和水，以满足其增加的能量需求。同样，摄入更多蔗糖溶液的小鼠可能会减少食物摄入量。这些结果的解释还可能因行为表现随时间普遍改善而变得更加复杂，尤其是在摄食行为和跑轮活动方面。鉴于蔗糖溶液和跑轮具有激励属性，实验人员还可考虑限制其获取，以分别减少摄入后效应和过度体重减轻的可能性。然而，这些问题在不同品系的小鼠中可能具有不同的相关性，因为不同品系的小鼠具有不同的行为特征。尽管基线期和实验期的对照能够控制上述许多问题，实验人员仍需认识到，在解读INBEST数据时必须考虑这些变量。同时，某些行为特征无法在笼内环境中进行研究，因此需要结合标准行为测试，以完善受试动物的行为表型分析。
在标准化但具有灵活性的环境中进行计算机化监测，似乎是当代行为分析的逻辑下一步。这种非侵入性、基于动物行为学的方法可使研究人员在较长时间内观察到完整的行为反应谱。理论上，可通过在高度模拟自然栖息地的“虚拟”丰富化环境中研究行为来实现这一目标。多个研究团队已描述了基于视觉的追踪工具，可用于小鼠在笼内22-25、成对26, 27或大规模社交群体背景下28的行为表型分析。通过将视频追踪技术与微芯片技术结合，可实现对一组小鼠行为数据的同步、并行采集，从而获得高精度和高空间分辨率的结果28。热成像相机能够检测热信号，若与可植入微芯片或应答器结合使用，可提供每只小鼠的相对位置及其基本生理功能信息（例如，体温、心率/呼吸频率）。此外，先进的三维追踪系统将实现对行为动作更准确、更定量的识别。为了能够重复运行多种测试，此类系统应具备自动化、远程控制和模块化特性。例如，可通过编程控制LCD墙面上远端线索的出现，或通过可移动地板控制美味食物分配器的呈现与隐藏，从而在较大环境中研究空间记忆。类似地，可在实验过程中特定时间点呈现或隐藏新物体。此类计算机化表型分析可能有助于阐明行为的遗传决定因素、疾病模型背后的致病机制，以及新型治疗策略的开发。如果在测试条件、测试顺序以及所用硬件和软件方面达成共识，则有望实现期待已久的标准化，从而提高行为学研究的可重复性，并将实验心理测量学提升至新的水平。

在过去几十年中，基因工程的快速发展导致人类疾病动物模型以前所未有的速度大量涌现。小鼠由于多种原因已成为生物医学科学中的主要实验对象。从实践角度看，小鼠繁殖率高、成本相对较低且易于饲养；从概念角度看，小鼠在遗传上与人类接近，易于进行遗传修饰，并具有高度发达的内分泌、免疫和神经系统。除了在基因和细胞水平上的病变外，当前对脑部疾病的研究还需要展示可重复的功能缺陷，以突出新小鼠模型的表观效度、构念效度或预测效度1。
恒温哺乳动物的急性感染常引发发热反应，该反应与病态行为共同构成主要的生存机制之一2。处于急性疾病状态的动物在食物/饮水摄入量以及反映情绪反应性、探索行为和学习/记忆能力的任务表现上均出现显著改变。这些变化在很大程度上导致社会/性活动能力下降，从而将能量保留用于防御性免疫反应。然而，当急性状态转为慢性（如许多免疫学、内分泌学和神经学疾病中所见），由于包括大脑在内的多个器官发生结构性损伤，行为表现可能进一步恶化3。
人类和动物的神经退行性疾病通常伴随一系列神经和行为缺陷。因此，对慢性病动物进行行为学研究的一个关键目的是区分中枢效应与外周症状所引起的缺陷。然而，标准行为学任务的持续时间相对较短，限制了对基本功能指标（如嗅觉、静息、睡眠、食物/饮水摄入或癫痫发作）相关信息的收集。纳入这些指标可改善行为特征分析，并有助于更准确地解读动物在需要活动参与的任务中的表现。
疾病小鼠行为表型分析的优化
对患病小鼠行为特征评估的不足，促使人们需要利用高速处理的计算机对单只饲养的小鼠进行持续监测。4, 5 尽管可以设计多种不同的行为测试组合，但下文列出的程序已被成功用于建立神经精神性狼疮动物模型6。该测试组合在亚慢性与慢性疾病模型（图1）中被反复应用，例如轻度认知功能障碍和阿尔茨海默病模型7。在一系列神经学测试8-10的基础上，可采用一种定制装置，该装置通过在一个类似丰富化笼具的环境中对多种行为输出进行持续监测，以满足上述需求。这种基于动物行为学的方法用于评估自发探索活动和动机驱动行为，有助于更全面地理解其他实验范式中出现的性能缺陷，例如与学习和记忆相关的行为表现。
<img alt="显示应激水平、试验组和预期应激测量值的疾病进展示意图。" src="/files/ftp_upload/51524/51524fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 1"> 
图 1. 实验室纵向行为表型分析的示意图。行为测试组合的设计原则是从低应激性任务逐步过渡到高应激性任务，并在不同时间点重复进行，以评估持续性因素（如疾病进展、药物治疗或免疫反应）的影响。INBEST 和单项测试通常分别在黑暗期进行，持续时间通常分别为 10 小时和 2 小时。缩略语：R – 反射；BW – 梁行走测试；RR – 转棒测试；OT – 嗅觉测试；SP – 蔗糖偏好测试；SD – 下台测试；NO – 新物体测试；OF – 开放场测试；SAB – 自发交替行为测试；FS – 强迫游泳测试；MWM – 莫里斯水迷宫测试。* – 在实验过程中后续试验中需要更改的测试方面（例如，位置、情境、颜色、形状）。
首次在类似家笼环境中对行为进行连续视频记录与分析的报道发表于2007年 11一年后，在“行为测量”会议上展示了一种更为复杂的自动化设备，该设备整合了用于自身免疫小鼠研究中的行为学测试方法。 12集成化行为学实验站（INBEST， 图 2A) 是一个模块化系统，包含一个遮蔽装置、计算机控制的光刺激装置、两个光电门控制的舔水计（一个用于水，另一个用于待测溶液）、一个自动食物分配器、一个计算机化的跑轮，以及一个数字化的攀爬网。使用定制软件分析特定行为的潜伏期、频率和持续时间。运动和探索活动（例如，对新物体或陌生同种个体的探索行为）可通过视频追踪软件进行评估（材料/设备清单），而睡眠状态以及较少见的行为模式（如自残行为和癫痫发作）可通过视频追踪软件或专用的事件记录软件包进行人工评分。共使用八套完整的INBEST/视频系统，从而可同时监测4只实验动物和4只对照动物。图2B).
<img alt="整合行为工作站示意图；啮齿类动物实验设备设置，视频追踪软件。" src="/files/ftp_upload/51524/51524fig2A.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 2A"> 
<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51524/51524fig2Ahighres.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的高清版本。</a> 
<img alt="用于光子学研究的多显微镜光学光谱学实验室设置。" src="/files/ftp_upload/51524/51524fig2B.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 2B"> 
图 2. 整合行为工作站。 （A）设计 INBEST 箱所用硬件和软件的示意图（长 = 39 × 宽 = 53 × 高 = 50 cm）。 （B）八个完整的 INBEST 箱可同时对四只实验小鼠和四只对照小鼠进行笼内监测。
因变量包括食物/饮水摄入量、对美味刺激的反应性、自发性移行活动、攀爬、自主跑动、焦虑相关行为（例如，对新物体的探索）、理毛、惊厥和睡眠的测量。此外，可呈现视觉刺激用于条件反射和学习范式。与标准行为测试相比，INBEST 的优势在于消除了由运输应激引起的混杂效应，并能够连续、自动地采集反映夜间活动、探索行为、焦虑相关及类抑郁行为的指标。通过将高灵敏度硬件组件与视频追踪软件包整合，可获得大量信息，从而更准确地评估多种动物模型中慢性疾病进展与行为之间的关系。INBEST 可用于研究其他慢性中枢神经系统疾病（例如，自闭症、重度抑郁症、精神分裂症），也可应用于关注神经发育、全身性/肿瘤性疾病的行为影响以及长期药物治疗的纵向研究。

<table><tbody><tr><td>电源控制接口操作包</td><td>Med Associates Inc.</td><td>MED-SYST-8</td><td>管理所有 A/D 数据输入和输出的接口盒和 PCI 卡</td></tr><tr><td>刺激光源</td><td>Med Associates Inc.</td><td>ENV-221M</td><td>28 V DC，100 mA，2.5&amp;nbsp;cm 直径灯光（用于呈现条件刺激）</td></tr><tr><td>头部进入检测器</td><td>Med Associates Inc.</td><td>ENV-254-CB</td><td>允许检测头部进入食丸接收口</td></tr><tr><td>光束舔触检测仪</td><td>Med Associates Inc.</td><td>ENV-351W</td><td>红外传感器系统，用于检测鼻部对光束的阻断</td></tr><tr><td>食物颗粒</td><td>Bio-Serv</td><td>F0163</td><td>无尘精密食物颗粒（20 mg 啮齿类谷物基础饲料）</td></tr><tr><td>食物分配器</td><td>Med Associates Inc.</td><td>ENV-203-20</td><td>自动化食物分配系统，包含高位塑料容器和分配管</td></tr><tr><td>食物接收口</td><td>Med Associates Inc.</td><td>ENV-303R2W</td><td>红外敏感底座，用于信号指示食物颗粒已分配或被取走</td></tr><tr><td>攀爬网格</td><td>Med Associates Inc.</td><td>CT-Climbing mesh</td><td>耐用金属横杆，尺寸</td></tr><tr><td>Med PC IV 软件</td><td>Med Associates Inc.</td><td>SOF-735</td><td>整合来自所有电子设备的数据采集功能</td></tr><tr><td>MPC2XL v1.4</td><td>Med Associates Inc.</td><td>SOF-731</td><td>原始数据传输工具</td></tr><tr><td>Soft CR Pro v1.05</td><td>Med Associates Inc.</td><td>SOF-722</td><td>远程在线监控软件</td></tr><tr><td>转轮</td><td>Med Associates Inc.</td><td>CT-MSUB-ENV-3042-X1</td><td>小鼠活动转轮</td></tr><tr><td>数字计数器</td><td>Med Associates Inc.</td><td>ESUB-ENV-3000</td><td>LCD 计数器（4 次计数 = 1 转 = 54.6 cm 长度）</td></tr><tr><td>Picolo Diligent 图像采集卡</td><td>Euresys</td><td></td><td>高分辨率 PCI 视频采集卡</td></tr><tr><td>Ethovision XT 8.5</td><td>Noldus Information Technology</td><td></td><td>视频追踪软件</td></tr><tr><td>摄像机</td><td>Panasonic</td><td>WV-BP334</td><td>数字低照度摄像机，悬挂在定制金属支架上</td></tr><tr><td>视频分配器</td><td>American Dynamics</td><td>ADQUAD87</td><td>整合并数字化来自 4 台摄像机的输入信号</td></tr></tbody></table>

利用整合行为检测站（inbest）对小鼠疾病模型进行行为表型分析

Behavioral Phenotyping of Murine Disease Models with the Integrated Behavioral Station (INBEST)

由于基因工程的快速发展，小型啮齿类动物已成为生物医学研究多个领域的首选实验对象。在慢性中枢神经系统（CNS）疾病的研究中，对小鼠模型在行为学层面具有高度有效性的需求日益增加。然而，多种致病机制和复杂的功能缺陷常常给慢性病程小鼠行为的可靠测量与解释带来挑战。因此，需要通过一系列测试，在多个时间点评估外周病理变化及行为学特征。视频追踪、行为谱分析以及生理指标的远程采集是新兴技术，可在类似居家环境的条件下实现全面、准确且无偏倚的行为分析。本报告介绍了一种优化的表型分析方案，包括一种自制的监测装置（集成化行为站，INBEST），该装置专注于在相对低应激的环境中对基本功能输出进行长期测量，例如自发活动、食物/饮水摄入以及动机行为。INBEST在技术与概念设计上的改进，有望进一步提升行为学研究的可重复性与标准化水平。

图3展示了在一项针对CD1小鼠的长期行为学研究中不同的读数结果。数据代表了术前基线表现（手术前第6天至第2天）、术后恢复期（术后第2天至第4天）以及持续脑室内给予脑反应性抗体所诱导的行为学效应（术后第6天至第10天；其中0表示手术当天）。通过事件记录软件分析发现，实验组小鼠在摄食行为方面表现出障碍，表现为饮水瓶舔舐频率降低（A）、接近蔗糖溶液的潜伏期延长（B）以及实验期间食物摄入量减少（C）。伴随这些变化，实验组小鼠在跑轮活动方面也较对照组小鼠显著减少（D）。通过视频追踪软件测量发现，实验组小鼠在笼内自主活动减少（E），且更倾向于在庇护所内停留更长时间（F）。这些行为学差异在样本行为谱图中得到直观展示（G）。
<img alt="显示实验组与对照组在六项活动中随天数变化的行为分析图。" src="/files/ftp_upload/51524/51524fig3A.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 3A"> 
<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51524/51524fig3Ahighres.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的高清版本。</a> 
<img alt="行为模式图，显示小鼠在笼内的活动，追踪其运动和互动情况。" src="/files/ftp_upload/51524/51524fig3G.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 3G"> 
<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51524/51524fig3Ghighres.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的高清版本。</a> 
图3. 在每日10小时连续测试中体现INBEST系统判别能力的代表性变量。 实验组小鼠（连续两周暴露于脑反应性抗体）在测试期间饮水量减少（A），接近蔗糖溶液所需时间延长（B），食物摄入量降低（C）。伴随这些变化，其活动能力也出现障碍，表现为转轮跑动次数减少（D）、行走活动减少（E）以及在庇护所内停留时间延长（F）。这些行为差异在样本行为谱图中得以体现（G）。上图显示实验组小鼠在第6天的行为特征，与接受载体处理的对照组小鼠（下图）相比，其摄食行为减少、转轮活动降低且在庇护所内停留时间增加。

在小鼠的笼内环境中进行长期且全面的监测，有助于深入理解脑部疾病小鼠模型中的异常行为。本文将集成化行为检测站（INBEST）描述为现代行为分析的关键组成部分。

利用整合行为检测站（INBEST）对小鼠疾病模型进行行为表型分析

由于基因工程的快速发展，小型啮齿类动物已成为许多生物医学研究领域的首选实验对象。在……研究中

本方法学的总体目标是通过在熟悉的环境中持续监测基本行为指标，提高行为表型分析和实验小鼠的可重复性与标准化水平。该模块化系统包含一个数字化攀爬网计算机化跑轮、一个自动饲料分配器、两个由光电管控制的TER装置、一个计算机控制的光刺激装置以及一个庇护所；此外还整合了第三方组件和红外MPEG-4技术，并与视频追踪和事件记录软件包相连接，构建出八个独立的实验区域，可同时对四只实验动物和四只对照动物进行监测。特定行为的潜伏期、发生频率和持续时间通过MED-PC IV软件进行分析。利用全面的统计分析方法，通过ETH ovision XT 8.5软件评估运动活动性及运动轨迹的拓扑特征。这些数据常被用于揭示多种小鼠模型中疾病进展所诱导的行为变化。然而，行为本身具有复杂性和敏感性，使得在慢性病小鼠中获得可靠测量结果往往非常困难。利用能够实现准确且无偏倚行为分析的新技术，我们介绍了一种名为 Inves 或集成化行为监测站的定制监测系统。该装置旨在低应激、类似居家的环境中，对自发活动、摄食与饮水行为、情绪反应性及动机行为等基本功能输出指标进行长期测量。与单一行为学测试相比，采用综合行为监测系统（INVEST）的主要优势包括：可进行持续监测、减少运输应激，以及快速采集多组数据并实时输入计算机进行无偏倚的自动化分析。尽管持续监测能够克服传统研究中常见的混杂因素，但需要注意的是，某些行为领域，如神经功能和空间学习能力，无法在动物的饲养笼环境中进行研究，因此仍需额外的测试来完善行为表型的全面评估。在实验开始前一至两周，开始让小鼠适应12小时光照与12小时黑暗交替的昼夜节律周期。小鼠在夜间活动最为活跃。将暗周期时间段设置为与实验人员的工作时间相一致。在此期间，所有其他环境因素（如温度和通风）应保持恒定。为进行永久性数字标识，在测试前5至7天对小鼠进行尾部纹身标记。每天定期抓取小鼠，持续时间可达两小时，使其适应应激测量过程，并记录其体重、直肠温度，并观察记录其一般状态。若小鼠表现出明显异常，例如摄食或饮水减少、体重下降、弓背姿势、毛发蓬乱或污损、脑积水，或出现眼周卟啉分泌物，则应将其排除在研究之外。此外，在此期间还可进行多种行为学测试（如旷场实验），以更全面地了解其功能缺陷情况。进行长期行为学研究时，食物分配器应装满小鼠饲料颗粒，每粒重20毫克。应始终用新鲜的自来水装满一瓶水。在偏好测试中，第二个瓶子可提供另一种待研究的溶液，例如含糖溶液。通过称量瓶子重量，估算各次实验间隔期间消耗的液体体积。为测量饮水潜伏期和饮水频率，需将瓶嘴连接到 TER（饮水事件记录器）上。红外传感器用于检测舔舐行为，因此务必确保传感器未被喷嘴堵塞。如果发生堵塞，请调整喷嘴长度，使其适合笼内空间。应在远离跑轮的对角角落放置一个遮蔽物。进行视频追踪时，需要使用微弱的漫射光源照亮房间，以避免光线从投资地板或墙壁上反射。一旦照明设置正确，即可对测试区域进行数字化处理，以便用于测试软件。在本演示中，使用 ETH Ovision XT 8.5 软件包来设置测试区域。首先打开一个默认的追踪项目并输入实验设置。然后选择视频源，本例中为 Piccolo Diligent 采集器。将追踪区域的数量设置为四个。选择鼻尖和尾部作为追踪点，并从试验列表中选择测量单位。在设置菜单下，通过点击“添加试验”按钮来定义试验次数。然后打开“添加变量”选项，以指定小鼠编号、性别组、分组和品系等自变量。现在，通过点击“arena settings”选项卡并使用可用的绘制工具定义arena的边界来捕获arena的背景图像。在定义arena后，使用“add zone”选项勾勒出感兴趣的区域，例如地面、TERs、食物分配器等。然后，使用“add hidden zone group”选项添加小鼠无法被观察到的区域，包括庇护所和跑轮。每个隐藏区域也应设有明确的进出点。在定义好每个实验区域的周长和分区后，使用软件中的校准选项进行校准测试。利用标尺工具测定每个实验区域的宽度和长度。然后使用验证按钮确认每个区域的设置，并继续设置试验参数并收集数据。要获取数据，必须首先在程序中设置数据采集参数。首先进入试验控制设置选项卡，并指定试验集的时间段。当中心点在实验区域内的持续时间超过一秒时开始实验，通过展开停止条件框并设置实验在预设延迟（例如10小时）后终止来确定实验时长。接下来，在检测设置选项卡下的检测方法中选择一种选项。然后，在仍处于检测模块时，通过使用设置按钮并选择“抓取当前图像”来获取空实验区域的参考图像，调整中心鼻部和尾部检测点的对比度范围，将范围设置为连续。然后判断小鼠比背景更亮还是更暗。接着根据相机的视野调整目标尺寸设置。随后，根据计算机的处理能力，如有需要，调整每秒分析的帧数。处理 14.9 帧。通常第二帧已足够。在完成对检测模块选项的所有修改后，务必在进行下一步之前保存设置，以便测量行为动作的潜伏期、频率和持续时间。使用 MED PC 四中的自定义程序逐步输入实验参数，例如小鼠编号、试验持续时间、跑轮活动次数等。当所有参数输入完毕且所有测试设备均已开启后，将小鼠放入实验区域。随后，通过同时按下记录按钮来同步视频和事件追踪软件包，并安静地离开房间。当记录时间结束后，返回并将小鼠放回其饲养笼中，测量水瓶重量，并将所有记录的数据保存至数字存储介质中。原始数据可输出至电子表格进行分析，原始视频文件可用于评估罕见行为，如刻板行为或癫痫发作。使用CD-1小鼠进行了一项长期研究，在手术前数天开始使用体内最佳方案。在收集基线数据后，继续收集术后数据，其中包括持续的脑室内给予脑反应性抗体。从第五天开始，实验组小鼠表现出多种功能障碍，包括舔舐水瓶的次数减少。它们接近含蔗糖素溶液瓶的潜伏期也延长，并且食物摄入量下降。伴随这些变化，注射了脑反应性抗体的小鼠与对照组小鼠相比，跑轮活动显著减少，视频追踪软件记录的自主活动也有所降低。在实验组中，经过处理的小鼠更倾向于在庇护所内停留。利用这些数据，构建了一个简单的程序来展示这些行为差异。观看本视频后，您应能够充分理解如何搭建一套定制的监测装置，以进行无偏倚的行为分析。在类似家庭环境的条件下，自动化家养笼具表型分析能够提供大量信息，通过最大限度减少因环境条件不一致、运输、应激以及反复操作设备（如inves）所带来的问题，从而更准确地评估与自发运动、动机行为及情绪反应相关的疾病诱导行为缺陷的发生动力学及严重程度，显著提高不同研究之间行为学结果的一致性和精确性。

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行为

小鼠疾病模型的集成行为车站行为表型（INBEST）

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