大小鼠糖水偏好實驗系統

糖水偏好實驗又稱雙瓶飲水選擇實驗是研究成癮和抑郁行為的實驗方法。嚙齒類動物天性對甜味偏好，當動物出現成癮/抑郁樣行為時，其對糖水的偏嗜度也隨之降低，快感缺失，是精神及行為障礙的重要特征?；谶@個原理，用糖水偏好實驗來評價動物成癮/抑郁樣行為及抗抑郁效果。

原因如下：

獨立的數據源和采集設備：

消耗量數據： 通常來自連接到水瓶的電子秤或飲水計。這些設備記錄的是重量變化或舔舐事件，它們有自己的內部時鐘或由數據采集軟件記錄時間戳。

視頻行為數據： 來自攝像機。攝像機以特定的幀率（如 30 fps）錄制視頻，每幀圖像都帶有基于攝像機自身時鐘的時間戳（或序列幀號，需要根據錄制開始時間和幀率推算時間）。

獨立的時鐘系統：

電子秤/飲水計系統和攝像機系統通常是兩個獨立的硬件設備。即使它們都連接到電腦，它們內部的計時器（時鐘）在啟動時通常也不同步。它們記錄的時間戳是基于各自設備啟動或軟件開始記錄的時刻。

不同設備時鐘的微小漂移（即使初始設置一致）也會導致長時間記錄后時間戳逐漸變得不同步。

為什么需要統一的時間戳？

為了進行準確的行為-消耗關聯分析，統一時間戳至關重要。例如：

你想知道動物每次舔舐糖水瓶是否都對應著一次飲用量（重量）的微小下降。

你想分析在動物表現出特定行為（如嗅探、舔舐、休息）期間或前后，飲水量的變化模式。

你想計算特定行為事件（如一次完整的舔舐序列）消耗了多少糖水。

你想排除或識別虛假的“消耗量”變化（如動物觸碰水瓶但未飲水導致的重量波動）。

如何實現時間戳的統一（同步）？

實驗者在實驗開始前或實驗過程中采取措施來建立兩個數據流之間的時間對應關系：

硬件觸發同步：

使用一個共同的觸發信號（如TTL脈沖）同時啟動數據采集軟件（記錄消耗量）和視頻錄制軟件。

許多專業的數據采集系統支持硬件觸發輸入/輸出，可以用于同步多個設備（包括攝像機和行為設備）。

使用微控制器（如Arduino）產生同步信號。

軟件觸發同步：

在同一個軟件平臺內同時控制消耗量采集和視頻錄制。一些集成的行為分析軟件（如EthoVision, ANY-maze）可以做到這一點，它們自動為所有采集到的數據（包括視頻幀和傳感器讀數）提供統一的時間戳。

可見的時間標記同步（常用，但精度略低）：

手動/物理事件： 在實驗開始時，制造一個可見且可檢測的事件，同時被攝像機拍到并在消耗量數據中產生一個明顯的特征信號。

經典方法： 在實驗區域放置一個LED燈（或利用實驗箱內的燈）。在開始錄制后，快速開關燈幾次（或用手指在燈前晃動）。這個燈光閃爍會被攝像機清晰記錄。同時，用手快速輕觸或短暫抬起水瓶（或放置一個已知重量的小物體再拿走），在消耗量數據上產生一個明顯的尖峰或臺階變化。記錄這個事件在兩個系統上的發生時間，計算兩者的偏移量（時間差），用于后續數據對齊。

同步器： 使用一個帶有高精度數字時鐘顯示（毫秒級）和LED指示燈的同步器，將其放置在攝像機視野內。同時，該同步器可以發出TTL信號給數據采集系統。這樣視頻畫面中有時間碼，消耗量數據中有同步脈沖，后期可以準確對齊。

自動事件檢測： 如果消耗量采集系統支持輸出事件標記（如串口輸出），可以在實驗開始時發送一個特定的同步命令，同時被視頻和采集軟件記錄下來（例如，在視頻中可以看到電腦屏幕上的命令發送確認）。

后期軟件同步：

如果前期沒有進行同步，但視頻中包含了消耗量設備（如能看到電子秤的顯示屏或者指示燈），或者有可見的同步事件（如上述的燈光/觸碰事件），可以在后期視頻分析軟件中手動或半自動地識別這些事件的時間點，并與消耗量數據中的對應事件時間點進行匹配，計算出時間偏移量并進行校正。

總結：

在大小鼠糖水偏好實驗中，消耗量數據和視頻行為數據的時間戳默認不是統一的。這是因為它們通常由獨立的設備（電子秤/飲水計 vs 攝像機）使用各自的時鐘進行采集。要實現準確的行為-消耗量關聯分析，實驗者須主動實施同步策略（硬件觸發、軟件集成、可見時間標記等）。