一种量化小鼠主观情绪的二维客观检测装置及方法

1.本发明属于神经生物学技术领域，具体涉及一种量化小鼠主观情绪的二维客观检测装置及方法。


背景技术：

2.情绪是一种人类或其他动物对刺激或事物的主观体验和伴随的行为反应。符合个体的需要和愿望会引起积极的、肯定的情绪，相反就会引起消极的、否定的情绪。情绪在动物的生存与发展中起着重要的作用，很多精神疾病常伴随情绪障碍的发生。因此情绪的测量一直以来都备受关注。目前人的情绪已经初步建立了一些较为有效的情绪测量指标体系，能够对内在的主观体验、外部的行为表现和机体内部的生理变化进行测量。但是，由于伦理学和技术手段的限制，研究情绪的工作原理及情绪障碍的神经机制目前很大程度依赖于动物模型。在动物实验中，由于动物不能通过语言表达其主观体验，主要是通过测量动物外部的行为表现和生理变化来间接评估其情绪状态，比如利用小探索新空间的欲望和避免暴露在开阔、明亮的地方的天性之间的矛盾使用旷场和十字高架对小鼠的焦虑情绪进行检测。但是，现有小鼠情绪状态的检测方法仅能检测焦虑、抑郁等负性情绪，对于正性情绪以及一些更加复杂的情绪缺乏有效的检测手段。同时，旷场和高架迷宫依赖小鼠对新空间的探索欲望，在短期内具有不可重复性，对于一些需要进行反复测试情绪的实验并不可行。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种量化小鼠主观情绪的二维客观检测方法，采用一种快捷简便的行为范式对小鼠一过性的主观情绪体验进行两个维度的检测，在愉快和不愉快维度和唤醒程度上对小鼠的情绪体验进行更为精准的测量，为精神疾病中的情绪情感障碍的研究提供新的思路。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种量化小鼠主观情绪的二维客观检测装置，包括箱体，箱体四周及顶部为黑色亚克力材料，底部为透明材质，箱体沿长度方向依次设跑道a、腔室a、跑道b和腔室b，跑道a和跑道b底部设置梁式压力传感器，用于监测小鼠在跑道行走速度、触地速度以及触地压力参数。
5.本发明还提供一种量化小鼠主观情绪的二维客观检测方法，基于所述量化小鼠主观情绪的二维客观检测装置，包括以下过程：
6.限食阶段：将实验小鼠单笼饲养，限食不限水，每天记录小鼠体重并将小鼠的体重控制在原始体重的80％至90％；
7.训练阶段：训练小鼠从a跑道跑向腔室a，并在那里获得食物奖励，然后再从b跑道跑向腔室b并在那里再次获得食物奖励，重复训练至小鼠的跑步速度逐渐稳定；同时提取小鼠在跑道行走速度、触地速度以及触地压力参数作为基线；
8.测试阶段：通过改变小鼠在第一腔室获得食物的概率，监测小鼠在第二跑道上的情绪体验，同时小鼠在跑道行走速度、触地速度以及触地压力参数；
9.在愉快维度和唤醒维度上去测评小鼠的情绪体验，以下是计算公式：
10.愉快维度指数h＝(触地速度/触地压力)测试/(触地速度/触地压力)基线
11.h》1代表小鼠获得愉快情绪体验，h《1代表小鼠获得不愉快情绪体验，h＝1代表小鼠没有情绪变化，其中h值越大小鼠的情绪体验越愉快；
12.唤醒维度指数w＝(跑道行走速度)测试/(跑道行走速度)基线
13.w》1代表小鼠获得激动情绪体验，w《1代表小鼠获得平静情绪体验，w＝1代表小鼠没有情绪变化，其中w值越大小鼠的情绪体验的唤醒程度越高；
14.情绪维度解读：小鼠的h值小于1，w值大于1，提示小鼠处于愤怒的情绪维度；h值大于1，w值大于1，表明小鼠处于欢快的情绪维度；h值小于1，w值小于1，小鼠可能处于沮丧的情绪维度。
15.实验开始前三天为限食阶段，每天早上八点和晚上八点喂食少量鼠粮和糖丸，将小鼠体重控制在基线水平的80％-90％并在之后的整个行为测试阶段都每天测量其体重使其保持饥饿状态。
16.训练阶段的第一天在腔室a和腔室b分别放置3颗糖丸，将小鼠轻轻放在跑道a的起点，让其自由探索跑至腔室a中发现并吃下糖丸，并且接着穿过腔室a进入跑道b跑向腔室b寻找并吃下糖丸，按照以上步骤每天训练10次，连续训练3天直至小鼠在跑道上的速度稳定；
17.(3)在测试愉快情绪体验时，在腔室a放置8颗糖丸，腔室b放置3颗糖丸；在测试不愉快的情绪体验时，在腔室a按照50％的概率放置3颗糖丸，b腔室放置3颗糖丸，在得到小鼠的跑道上的速度、触地速度和触地压力参数之后，计算出愉快维度指数h＝(触地速度/触地压力)测试/(触地速度/触地压力)基线和唤醒维度指数w＝(跑道行走速度)测试/(跑道行走速度)基线。
18.训练阶段以及测试阶段中都使用75％酒精擦拭跑道侧壁，使用1％乙酸擦拭喂食腔室侧壁。
19.初次训练中，如果小鼠在跑道a-腔室a-跑道b这一顺序中的任意一个地方停留时间超过5分钟没有进入下一空间，则使用塑料板轻轻将小鼠从洞口推入下一空间。
20.在训练阶段如果在训练中连续5次累积10次无法在5分钟内进入下一步则淘汰掉该小鼠。
21.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
22.本发明可以为检测小鼠一过性的情绪体验提供一种装置及方法，以往的小鼠的情绪检测手段都是用于定性检测小鼠固有持续的情绪状态，本发明的情绪体验检测方法弥补了无法检测一过性情绪体验的这一缺点；通过本发明可以在尽量减少小鼠应激的前提下测试小鼠的情绪体验；本发明可以在短时间内进行重复的测量，这里所述测试过程中触发小鼠的主观情绪体验均是一过性的，没有明显的后续影响，相比于旷场高架等检测负性情绪时小鼠应激很小，不管是正性还是负性情绪体验都可以在短时间内重复多次进行实验(这是以往情绪检测不能做到的)；本发明提高了小鼠情绪检测的维度，能够提供一种全面和客观的小鼠情绪体验结果，人类的心理学实验中往往在两到三个维度上去检测情绪，但是目前动物实验中往往局限于单一维度的检测，为了使动物实验能够更好地适用于临床研究，本发明也从两个维度去检测小鼠的情绪体验，愉快维度和唤醒维度分别对应小鼠的两类行
为指标来更加准确和客观去量化小鼠的主观情绪体验，其中，愉快维度对应小鼠在跑道上的触地速度和触地压力，唤醒维度对应小鼠在跑道上的速度，通过本发明中两个维度结合的评估可以更加精确评估小鼠复杂的情绪，比如愤怒、欢快、沮丧等；本发明可以研究多种精神疾病模型小鼠的情绪体验异常以及调控与情绪体验异常相关脑区和神经环路。
附图说明
23.图1为小鼠情绪维度评价示意图。
24.图2为训练阶段模式示意图。
25.图3为测试不愉快情绪模式示意图。
26.图4为测试愉快情绪模式示意图。
27.图5为行为测试流程示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.小鼠情绪检测的实验装置包括180*15*10cm的箱体、步伐姿态检测系统。实验箱体四周及顶部为黑色亚克力材料，底部为透明玻璃材质，箱体整体分为两个部分，第一部分由跑道a(75cm)和投食腔室a(15cm)所构成，第二部分由跑道b(75cm)和投食腔室b(15cm)所构成。检测和分析小鼠的在跑道上的速度及步态信息以实现情绪指标的量化；跑道a和跑道b底部设置梁式压力传感器，所述梁式压力传感器采用基于hx711模块的传感器。
30.作为可选的实施例，还以设置用于监测影像数据的摄像头，还能将影像数据与传感器监测到的数据进行比对分析。
31.行为测试流程
32.限食阶段
33.该阶段将实验小鼠单笼饲养，限食不限水，每天记录小鼠体重并将小鼠的体重控制在原始体重的80％至90％。
34.训练阶段
35.训练小鼠从a跑道跑向腔室a，并在那里获得食物奖励，然后再从b跑道跑向腔室b并在那里再次获得食物奖励。每天重复训练直至小鼠的跑步速度逐渐稳定。
36.情绪检测阶段
37.经过训练后，小鼠以较为稳定的速度在跑道上跑向投食腔室获得食物奖励。在测试阶段，通过降低投食腔室a中获得食物的概率来检测小鼠在没有从腔室a获得食物后，在跑道b上的不愉快的情绪体验。同时也可以通过增加腔室a中的投食奖励来检测小鼠在跑道b上的愉快的情绪体验。
38.情绪维度评价
39.提取小鼠在训练阶段中的跑道行走速度、触地速度、触地压力参数作为基线，在测试阶段，提取同样的参数作为情绪体验的测量指标，参考图1，在愉快维度和唤醒维度上去
测评小鼠的情绪体验，以下是计算公式：
40.愉快维度指数h＝(触地速度/触地压力)测试/(触地速度/触地压力)基线
41.h》1代表小鼠获得愉快情绪体验，h《1代表小鼠获得不愉快情绪体验，h＝1代表小鼠没有情绪变化，其中h值越大小鼠的情绪体验越愉快。
42.唤醒维度指数w＝(跑道行走速度)测试/(跑道行走速度)基线
43.w》1代表小鼠获得激动情绪体验，w《1代表小鼠获得平静情绪体验，w＝1代表小鼠没有情绪变化，其中w值越大小鼠的情绪体验的唤醒程度越高。
44.情绪维度解读：小鼠的h值小于1，w值大于1，提示小鼠处于愤怒的情绪维度；h值大于1，w值大于1，表明小鼠处于欢快的情绪维度；h值小于1，w值小于1，小鼠可能处于沮丧的情绪维度。
45.行为测试装置包括箱体，箱体四周及顶部为黑色亚克力材料，底部为透明材质，箱体沿长度方向依次设跑道a、腔室a、跑道b和腔室b，跑道a和跑道b底部设置梁式压力传感器，用于监测小鼠在跑道行走速度、触地速度以及触地压力参数；训练阶段模式参考图2，测试不愉快情绪模式参考图3，测试愉快情绪模式参考图4；
46.行为测试流程参考图5，具体测试步骤：
47.(1)实验开始前三天为限食阶段，将所有实验小鼠单笼饲养并记录初始体重，不限制饮水，每天早上八点和晚上八点喂食少量鼠粮和糖丸，将小鼠体重控制在基线水平的80％-90％并在之后的整个行为测试阶段都每天测量其体重使其保持饥饿状态。
48.(2)为了让小鼠对跑道区和喂食腔室区域进行区分，我们在接下来的训练阶段以及测试阶段中都使用75％酒精擦拭跑道侧壁，使用1％乙酸擦拭喂食腔室侧壁。训练阶段的第一天在腔室a和腔室分别放置3颗糖丸，将小鼠轻轻放在跑道a的起点，让其自由探索跑至腔室a中发现并吃下糖丸，并且接着穿过腔室a进入跑道b跑向腔室b寻找并吃下糖丸，初次训练中，如果小鼠在跑道a-腔室a-跑道b这一顺序中的任意一个地方停留时间超过5分钟没有进入下一空间，则使用塑料板轻轻将小鼠从洞口推入下一空间。按照以上步骤每天训练10次，连续训练3天直至小鼠在跑道上的速度稳定。如果在训练中连续5次累积10次无法在5分钟内进入下一步则淘汰掉该小鼠。
49.(3)在测试愉快情绪体验时，在腔室a放置8颗糖丸，腔室b放置3颗糖丸。在测试不愉快的情绪体验时，在腔室a按照50％的概率放置3颗糖丸，b腔室放置3颗糖丸。在得到小鼠的跑道上的速度、触地速度和触地压力参数之后，计算出愉快维度指数h＝(触地速度/触地压力)测试/(触地速度/触地压力)基线和唤醒维度指数w＝(跑道行走速度)测试/(跑道行走速度)基线。
50.6.应用：
51.(1)检测出小鼠在愉快-不愉快和唤醒水平这两个不同情绪维度上的情绪体验；
52.(2)比较正常小鼠和精神疾病(如焦虑障碍、抑郁障碍、躁狂症、精神分裂症等)模型小鼠在情绪体验上获得程度的差异，以及在同一愉快情绪维度上，唤醒维度的质的差异以及唤醒程度上量的差异，或者是不愉快情绪维度上，唤醒维度的差异，比如同样在不愉快的情绪维度，正常小鼠可能处于较高的唤醒维度获得愤怒的情绪体验，而精神疾病模型小鼠处于较低的唤醒维度获得沮丧的情绪体验；
53.(3)通过光纤记录、光遗传或化学遗传去记录或者调控小鼠的情绪维度；
54.(4)通过检测小鼠的情绪维度研究相关精神疾病状态下情绪体验异常的改变特征；
55.(5)通过检测相关精神疾病小鼠模型的情绪体验来评估特定治疗手段对情绪体验的改善。

技术特征：
1.一种量化小鼠主观情绪的二维客观检测装置，其特征在于，包括箱体，箱体四周及顶部为黑色亚克力材料，底部为透明材质，箱体沿长度方向依次设跑道a、腔室a、跑道b和腔室b，跑道a和跑道b底部设置梁式压力传感器，用于监测小鼠在跑道行走速度、触地速度以及触地压力参数。2.一种量化小鼠主观情绪的二维客观检测方法，其特征在于，基于权利要求1所述的装置，包括以下过程：限食阶段：将实验小鼠单笼饲养，限食不限水，每天记录小鼠体重并将小鼠的体重控制在原始体重的80％至90％；训练阶段：训练小鼠从a跑道跑向腔室a，并在那里获得食物奖励，然后再从b跑道跑向腔室b并在那里再次获得食物奖励，重复训练至小鼠的跑步速度逐渐稳定；同时提取小鼠在跑道行走速度、触地速度以及触地压力参数作为基线；测试阶段：通过改变小鼠在第一腔室获得食物的概率，监测小鼠在跑道行走速度、触地速度以及触地压力参数，根据所述监测结果得到小鼠在第二跑道上的情绪体验。3.根据权利要求2所述的量化小鼠主观情绪的二维客观检测方法，其特征在于，在愉快维度和唤醒维度上去测评小鼠的情绪体验，以下是计算公式：愉快维度指数h＝(触地速度/触地压力)测试/(触地速度/触地压力)基线h>1代表小鼠获得愉快情绪体验，h<1代表小鼠获得不愉快情绪体验，h＝1代表小鼠没有情绪变化，其中h值越大小鼠的情绪体验越愉快；唤醒维度指数w＝(跑道行走速度)测试/(跑道行走速度)基线w>1代表小鼠获得激动情绪体验，w<1代表小鼠获得平静情绪体验，w＝1代表小鼠没有情绪变化，其中w值越大小鼠的情绪体验的唤醒程度越高；情绪维度解读：小鼠的h值小于1，w值大于1，提示小鼠处于愤怒的情绪维度；h值大于1，w值大于1，表明小鼠处于欢快的情绪维度；h值小于1，w值小于1，小鼠可能处于沮丧的情绪维度。4.根据权利要求2所述的量化小鼠主观情绪的二维客观检测方法，其特征在于，实验开始前三天为限食阶段，每天早上八点和晚上八点喂食少量鼠粮和糖丸，将小鼠体重控制在基线水平的80％-90％并在之后的整个行为测试阶段都每天测量其体重使其保持饥饿状态。5.根据权利要求2所述的量化小鼠主观情绪的二维客观检测方法，其特征在于，训练阶段的第一天在腔室a和腔室b分别放置3颗糖丸，将小鼠轻轻放在跑道a的起点，让其自由探索跑至腔室a中发现并吃下糖丸，并且接着穿过腔室a进入跑道b跑向腔室b寻找并吃下糖丸，按照以上步骤每天训练10次，连续训练3天直至小鼠在跑道上的速度稳定；(3)在测试愉快情绪体验时，在腔室a放置8颗糖丸，腔室b放置3颗糖丸；在测试不愉快的情绪体验时，在腔室a按照50％的概率放置3颗糖丸，b腔室放置3颗糖丸，在得到小鼠的跑道上的速度、触地速度和触地压力参数之后，计算出愉快维度指数h＝(触地速度/触地压力)测试/(触地速度/触地压力)基线和唤醒维度指数w＝(跑道行走速度)测试/(跑道行走速度)基线。6.根据权利要求5所述的量化小鼠主观情绪的二维客观检测方法，其特征在于，训练阶段以及测试阶段中都使用75％酒精擦拭跑道侧壁，使用1％乙酸擦拭喂食腔室侧壁。
7.根据权利要求5所述的量化小鼠主观情绪的二维客观检测方法，其特征在于，初次训练中，如果小鼠在跑道a-腔室a-跑道b这一顺序中的任意一个地方停留时间超过5分钟没有进入下一空间，则使用塑料板轻轻将小鼠从洞口推入下一空间。8.根据权利要求5所述的量化小鼠主观情绪的二维客观检测方法，其特征在于，在训练阶段如果在训练中连续5次累积10次无法在5分钟内进入下一步则淘汰掉该小鼠。

技术总结
本发明公开了一种量化小鼠主观情绪的二维客观检测装置及方法，包括箱体，箱体四周及顶部为黑色亚克力材料，底部为透明材质，箱体沿长度方向依次设跑道A、腔室a、跑道B和腔室b，跑道A和跑道B底部设置梁式压力传感器，用于监测小鼠在跑道行走速度、触地速度以及触地压力参数；通过改变小鼠在第一腔室获得食物的概率，监测小鼠在跑道行走速度、触地速度以及触地压力参数，根据所述监测结果得到小鼠在第二跑道上的情绪体验，采用一种快捷简便的行为范式对小鼠一过性的主观情绪体验进行两个维度的检测，在愉快和不愉快维度和唤醒程度上对小鼠的情绪体验进行更为精准的测量，为精神疾病中的情绪情感障碍的研究提供新的思路。中的情绪情感障碍的研究提供新的思路。


技术研发人员：葛俊烨 王文挺 黄琦逸 武胜昔 李嘉琪 齐宇欣
受保护的技术使用者：中国人民解放军空军军医大学
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/22