小鼠固定头部虚拟现实的行为训练流程

本研究探讨了在虚拟现实环境中训练小鼠的详细方法，重点聚焦于线性轨道导航和复杂的Y迷宫任务。旨在解决现有虚拟现实训练方案中的空白，并评估小鼠在虚拟现实中执行复杂决策行为的能力。该方案弥补了小鼠虚拟现实训练方法在细节上的不足，包括手术操作、液体限制以及系统设置的整合。同时，它还提供了一个实施复杂行为任务的框架，有助于提高实验的一致性，并推动虚拟现实在小鼠精细行为与认知研究中的广泛应用。

该虚拟现实（VR）方案可精确控制实验条件，并最大限度减少与运动相关的噪声，从而实现对头部固定小鼠的详细行为分析和神经生理记录。此外，该方案支持任务复杂度的逐步提升，有助于研究其他方法可能无法有效捕捉的复杂行为和认知过程。

[旁白] 首先，在小鼠头部植入头杆手术后一周，建立其基础体重。在第1、2、3天，分别给予小鼠每100克体重15、10和5毫升的水。开始让小鼠适应球形跑步机，同时引入液体调控，通过正确时机的生理动机，使其将舔管与奖励联系起来。在第一天，称重后用手操作小鼠5分钟。当小鼠在笼内时，轻轻抓握其头杆植入物，使其熟悉这一操作。将小鼠带入安置虚拟现实系统的区域，使其提前熟悉实验试次将进行的空间环境。在第二天，再次用手操作小鼠5分钟。将头杆固定于支架上，让小鼠在球形跑步机上适应5至20分钟，可选择在无限循环的轨道上运行，或在未启动软件程序的情况下进行。在第三天，操作小鼠5分钟后，将其牢固地固定在气垫式球形跑步机上，并通过奖励管引入液体奖励。在放置小鼠前，将居中的奖励管伸出，并在其尖端附上一小滴奖励液。将奖励管抬高至球形跑步机上方5至15毫米，使小鼠舔舐吸嘴时头部保持自然前倾姿势。固定小鼠头部时，将小鼠置于操作者惯用手一侧的球形跑步机上。用操作者的惯用手通过头杆将小鼠拉向头部固定平台，然后将头杆插入固定槽中，并用非惯用手将其卡紧。随后，使小鼠的正中矢状面与球形跑步机的中心对齐。确保小鼠后肢距球形跑步机顶点不超过11厘米，且头部位于顶点之后。确认小鼠四肢均接触跑步机表面，且在静止状态下腹部可触及跑步机。同时，确保观察到的任何侧向偏好并非由小鼠在球体上安装的不对称性所致。为引导小鼠接近伸出的舔管，可采用“轻触法”（kiss-it method），即轻柔地移动小鼠，使其口部几乎接触吸嘴尖端。当小鼠获得奖励时，将奖励管伸出的持续时间设为1秒。一旦小鼠适应了实验范式，即可进行每日30分钟的训练，期间小鼠在一条线性虚拟走廊中移动，初始长度为1米。当小鼠到达走廊末端并获得糖滴奖励后，将其传送回起点。每日记录带有时间戳的数据，包括奖励获取情况及小鼠在球形跑步机上行进的距离，以供后续分析。在Y迷宫范式中，确保小鼠向选择点移动，该点两侧各延伸出一条呈45度角的臂，形成Y形结构。从迷宫起点至选择点期间，关闭旋转功能，此时两条臂具有不同的视觉特征。进入决策区域后，重新激活旋转功能，使小鼠能够转向其选择的方向。当小鼠进入通向奖励区的臂后，再次关闭旋转功能。训练小鼠朝向黑色臂移动以获得糖奖励，每次试次结束后将小鼠传送回起始位置。随机切换左右两侧的奖励位置，以确保小鼠将奖励与视觉线索而非特定侧向位置相关联。在虚拟现实任务中，随着不同轨道长度的学习进程，小鼠获得的奖励数量逐步增加，且随着轨道长度增加，观察到运动速度加快。随着轨道长度增加，平均速度也表现出明显上升。Y迷宫任务中，小鼠的表现随天数推移优于随机水平。然而，仅有一部分小鼠成功进入更难的辨别阶段。