大小鼠轉輪節律監測系統能否揭示跑輪活動與能量消耗的時序關系？

大小鼠轉輪節律監測系統是由動物自發運動來推動跑輪，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。適合動物生理節律、循環律動、攝食、營養、肥胖、糖尿病、心血管等與代謝相關性的研究，可選裝隔音箱，程序化照明系統，視頻監控系統，呼吸熵模塊等。

跑輪節律監測系統的核心優勢（提供活動的高精度時序數據）：

準確的活動起始與停止時間： 系統能記錄每次跑輪運動開始和結束的準確時間戳（準確到毫秒級）。

活動強度（速度/距離）的連續記錄： 持續記錄跑輪的轉速、運行距離、甚至方向切換（如之前討論的，如果系統配置了雙通道編碼器），形成高時間分辨率的活動強度時間序列。

活動節律模式： 通過長時間（數天到數周）的監測，系統可以清晰地描繪出動物的晝夜節律、超晝夜節律（如活動/休息周期）模式，包括活動高峰和低谷的具體時間點、持續時間和強度。

事件檢測： 如前所述，它可以檢測到方向切換等精細行為事件的時序。

跑輪活動與能量消耗的關系（需要額外測量）：

跑輪運動本身是一種顯著的體力活動，會立即并顯著地增加能量消耗（主要是肌肉做功、產熱）。

能量消耗的測量通常需要額外的專門設備和技術，例如：

間接測熱法（代謝籠）： 這是常用的方法。通過測量動物的氧氣消耗量（VO?）、二氧化碳產生量（VCO?）和呼吸交換率（RER），可以準確計算出能量消耗速率。關鍵點在于，代謝籠系統也能提供帶時間戳的氣體交換數據。

體溫監測： 核心體溫或皮下/表皮溫度的變化（通過植入式或表皮傳感器）是能量代謝和產熱活動的良好指標，也具有時間序列特性。

活動傳感器輔助推斷： 雖然不如直接測熱法準確，但在沒有代謝籠的情況下，高精度的跑輪活動數據（尤其是高強度活動）本身可以作為能量消耗的一個強相關代理指標。

如何揭示時序關系（整合數據是關鍵）：

時間同步是基礎： 要將跑輪活動數據（時間戳、速度、距離）與能量消耗數據（如VO?、體溫）進行關聯分析，兩個系統的時間戳準確同步（使用同一時鐘源或后期對齊）。

分析策略：

時間序列對齊與可視化： 將活動強度（如跑輪轉速）和能量消耗指標（如VO?）的時間序列并排或疊加繪制在同一時間軸上，可以直觀地觀察活動爆發是否與能量消耗峰值在時間上同步發生或存在延遲。

相關性分析： 計算活動強度與能量消耗指標在不同時間滯后點的相關系數（交叉相關分析）。這能揭示活動是否先于能量消耗（例如，活動開始后多久能量消耗達到峰值），或者兩者是否高度同步。可以分析這種關系在一天中的不同時段（如活躍期vs休息期）是否一致。

事件相關分析： 將特定的跑輪活動事件（如一次高強度的奔跑開始、一次方向切換后的加速）作為時間零點，分析事件前后能量消耗指標的平均變化軌跡（事件相關時程分析）。這能準確揭示特定活動事件對能量消耗的動態影響。

節律分析： 分別分析活動節律（通過跑輪數據）和能量消耗節律（通過代謝數據）的相位（高峰時間）、振幅、周期等參數，比較它們是否同步（同相位）或存在相位差（如活動高峰是否早于代謝高峰）。這揭示了在晝夜節律尺度上的關系。

跑輪數據的細化： 如前所述，如果跑輪系統記錄了方向切換，可以分析方向切換頻率或模式變化是否與能量消耗的變化模式相關（例如，頻繁轉向是否對應更高的能耗率）。

跑輪系統的價值（相較于其他活動監測）：

量化活動強度： 跑輪提供的速度、距離數據是連續且量化的活動強度指標，比籠內一般活動（如紅外光束打斷、跑球位移）更能準確反映運動的做功水平，從而與能量消耗的關聯更直接、更強。

自發自愿活動： 反映的是動物自然驅動的活動行為及其能量消耗，避免了被動跑輪強迫運動帶來的應激干擾。

高時間分辨率：系統的時間分辨率高，能捕捉瞬時的活動變化及其生理響應。