三箱社交行為評估系統 — 嚙齒類動物社交認知及基因功能研究平臺

三箱社交精細行為分析系統是用于一種基于嚙齒類動物天然社交傾向的行為學范式，通過量化鼠對陌生個體與非生命物體的探索偏好，評估其社交能力、記憶及認知功能。廣泛應用于神經精神類病研究、藥品開發與評價、神經發育與基因功能等。

系統核心架構：從行為表型到機制解析的閉環設計

1. 標準化實驗裝置與多模態傳感

• 三箱結構：亞克力材質，中間為中性過渡區，兩側隔間分別放置帶孔金屬刺激籠（直徑7-10cm，允許氣味/聲音交互但阻斷身體接觸，避免攻擊行為干擾）。
• 多模態數據采集
• 120幀/秒高清攝像：捕捉頭部朝向（角度≤30°）、鼻尖距離（≤1cm）等微觀行為，空間定位誤差＜0.2mm；
• 超聲波發聲監測：同步記錄50kHz社交愉悅超聲（記憶正常鼠對新鼠發聲頻率＞15次/分鐘，記憶受損鼠降低70%）（搜索結果1）；
• 紅外軌跡追蹤：生成三維運動熱力圖，量化跨箱切換頻率（健康小鼠10分鐘內平均切換8-12次，自閉癥模型降至3-4次）。

2. AI驅動的精細化行為解碼

• 動態行為分類算法：基于CNN+RNN模型自動區分“主動嗅探”（鼻部貼近籠體≤2cm伴胡須抖動）、“后肢站立”（持續≥1秒）、“社交回避”（社交區停留時間＜30%）等20余種亞表型。
• 跨品系基線校準：通過10萬+標注視頻訓練，自動適應C57BL/6J（高社交活躍度）與BTBR（自閉癥模型）等品系差異，新穎性指數判定準確率達92%（傳統人工僅75%）。

核心評估指標體系與基因功能研究價值

1. 社交認知三維度指標

社交動機：社交偏好指數 =（社交側時長-空白側時長）/總時長（正常值0.3-0.7）；SHANK3基因敲除鼠該指數≤-0.3，提示社交動機缺失（非記憶問題）

社交記憶：新穎性指數 = 新陌生鼠探索時長/（新舊鼠總時長）×100%（正常＞55%）；APP/PS1轉基因鼠2月齡時該指數降至52%，早于Morris水迷宮檢測到的空間記憶損傷

社交決策：跨箱切換熵值（反映行為靈活性）；NMDA受體拮抗劑處理鼠熵值降低20%，揭示 glutamatergic通路對社交決策的調控作用

2. 基因功能研究的典型范式

• 自閉癥模型（SHANK3 KO）
• 表現：社交新穎性指數正常（58%），但主動接觸時長僅為對照組30%（社交動機障礙）；
• AI區分價值：通過“社交動機指數”與“新穎性指數”組合，排除記憶因素干擾，精準定位SHANK3在社交動機調控中的作用。
• 神經退行性模型（5×FAD）
• 早期（3月齡）表現為“社交識別延遲”（新鼠探索潛伏期延長2倍），晚期（6月齡）出現社交回避（社交區停留時間減少60%），為APP/PS1雙轉基因鼠提供分階段行為學證據。

高通量與機制研究的技術突破

1. 多參數同步分析

• 單次實驗可輸出60+行為指標，包括：
• 微觀動作：嗅探頻次（正常鼠5次/分鐘）、肢體不對稱性（抑郁模型左后肢接觸時長減少15%）；
• 生理關聯：同步無線采集心率變異性（社交互動時LF/HF比值下降30%）。
• 云端數據整合：支持8箱并行實驗，數據自動同步至云平臺，生成“行為-基因-藥物”關聯分析報告。

2. 干擾因素排除機制

• 運動能力校準：通過曠場實驗基線數據校正，排除運動障礙對社交行為的誤判（如將總活動量＜50cm的個體排除）；
• 氣味殘留控制：75%酒精擦拭+UV燈照射雙重清潔，確保每只動物測試環境一致性。

實驗設計黃金標準與注意事項

1. 標準化流程

• 適應期：實驗前7天12h光暗循環飼養，測試在暗周期（活躍期）進行，環境適應10分鐘；
• 雙階段測試
• 社交趨近（陌生鼠vs空籠）評估基礎社交動機；
• 社交新穎性（熟悉鼠vs新陌生鼠）檢測記憶提取能力（間隔1小時測短期記憶，24小時測長期記憶）。

2. 基因研究特殊考量

• 品系選擇：優先C57BL/6J（社交穩定），避免BALB/c（攻擊性強）；
• 性別差異：雄性小鼠社交互動頻次比雌性高20%-30%，需單獨統計分析。

應用價值與前沿方向

該系統已成為“基因編輯模型社交表型鑒定”的金標準工具，例如在NRXN1缺失鼠中發現“社交新穎性指數正常但超聲發聲頻率降低50%”，提示突觸黏附分子對社交溝通而非記憶的調控作用。未來將結合光遺傳學實時調控特定腦區（如內側前額葉皮層），解析社交決策的神經環路動態機制。