小鼠主動跑輪系統

小動物主動跑輪系統是由動物本身自發運動來推動跑輪轉動。在這種構型中，籠內動物長期活動的信息，如跑輪轉動方向、轉數、累計總行程等，能夠使用編碼器進行長度計記錄。此裝置由轉輪組件、籠體、以及轉動方向速度傳感器組成，該儀器是研究動物生活節律實驗工具。也可選配投食器，進行運動獎賞實驗等。

以下是詳細分析：

硬件能力是基礎：

單通道編碼器： 只能檢測轉動角度和速度（通過脈沖頻率），但無法區分方向。它只能告訴你輪子在轉，轉得多快，轉了多少圈，但不知道是順時針還是逆時針。

雙通道正交編碼器： 這是檢測方向的關鍵。它有兩個輸出通道（通常稱為 A 相和 B 相），它們的脈沖信號存在 90 度的相位差。通過檢測哪個通道的信號在前，系統可以準確地判斷跑輪是順時針轉還是逆時針轉。

數據采集軟件是關鍵：

即使硬件（雙通道編碼器）具備了檢測方向的能力，軟件也被配置為記錄這些信息。軟件需要：

實時讀取并解析 A/B 兩相信號，判斷當前轉動方向。

記錄方向切換事件（即方向發生改變的時刻）。

記錄每次方向切換的時間戳（時序）。

可能還需要計算一段時間內方向切換的次數（頻率）或統計切換間隔。

常見記錄的數據類型：

基本系統： 通常記錄總轉數、運行時間、平均速度、峰值速度、運行距離等。這些數據通常不包含方向信息（除非方向是固定的，但主動跑輪小鼠常會改變方向）。

具備方向檢測能力的系統：

原始角度/位置時間序列： 這是基礎也全面的數據。系統會持續記錄跑輪的角度位置（或相對位移）與準確時間戳。從這個原始數據中，可以推導出：

當前轉動方向（角度是增加還是減少）。

方向切換的時刻（時序）：當角度變化的導數（速度）符號改變時（從正變負或從負變正），就發生了一次方向切換。

方向切換的頻率：通過統計單位時間內的方向切換次數（符號變化次數）即可得到。

方向標志時間序列： 軟件直接記錄每個采樣點或每個事件（如每個編碼器脈沖）對應的方向（例如，+1 代表順時針，-1 代表逆時針）。從這個數據同樣可以很容易地提取切換時序和頻率。

方向切換事件日志： 軟件專門檢測方向切換的瞬間，并記錄下切換發生的確切時間戳。這個日志文件直接包含了方向切換的時序，統計這個日志就能得到切換頻率。

為什么方向切換數據很重要？

行為學研究： 方向切換的頻率和模式是研究小鼠自發運動行為、探索行為、刻板行為、運動協調性、決策（選擇轉向）以及運動學習的重要指標。例如，焦慮模型小鼠或某些神經類病癥模型小鼠的方向切換模式可能與正常小鼠不同。

神經科學研究： 在光遺傳學、化學遺傳學或電生理實驗中，研究人員需要主播確知道行為事件（如方向切換）發生的時刻，以便分析這些事件與神經活動（如特定的神經元的放電）之間的因果關系或相關性。