氣浮籠– 在清醒小鼠中觀察神經(jīng)通路

在神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域，清醒活動(dòng)動(dòng)物的大腦活動(dòng)記錄是格外珍貴的，通過(guò)這些記錄我們才能真正捕捉到大腦活動(dòng)最真實(shí)的情況。但是，清醒活動(dòng)動(dòng)物的記錄又十分困難，很多高精度的記錄設(shè)備很難做到足夠小，讓小鼠完全不受干擾地自由活動(dòng)，比如雙光子、大規(guī)模的多通道記錄、活體膜片鉗等等。同時(shí)，這種高精度的設(shè)備對(duì)運(yùn)動(dòng)的噪音也非常敏感，動(dòng)物的活動(dòng)經(jīng)常會(huì)引起很大的噪音。

為了解決這些問(wèn)題，很多頭部固定的方法應(yīng)運(yùn)而生。最簡(jiǎn)單的方法是將頭部固定的動(dòng)物放置于一個(gè)塑料管中限制其活動(dòng)，另一種常用的方法是在頭部固定動(dòng)物下配置一個(gè)跑球，并訓(xùn)練動(dòng)物學(xué)會(huì)在跑球上活動(dòng)。在選擇頭部固定的方法時(shí)，有兩個(gè)非常重要的因素，一個(gè)是頭架的穩(wěn)定性，只有足夠穩(wěn)定才能獲得高質(zhì)量的信號(hào)；一個(gè)是動(dòng)物的適應(yīng)性。小鼠是一種警覺(jué)性很高的動(dòng)物，清醒小鼠對(duì)環(huán)境極為敏感，如何對(duì)環(huán)境進(jìn)行控制一直都是清醒小鼠實(shí)驗(yàn)的難題。這里，我們介紹一種非常優(yōu)秀的解決方案——Mobile HomeCage，在穩(wěn)定性和動(dòng)物的適應(yīng)性方面都十分突出，此外還能實(shí)現(xiàn)很多額外的功能，使得高精度腦活動(dòng)檢測(cè)與多樣的行為學(xué)范式相結(jié)合。

穩(wěn)定性
頭架固定裝置獨(dú)特的設(shè)計(jì)能夠保證其極高的穩(wěn)定性，適合對(duì)穩(wěn)定性要求非常高的精密檢測(cè)，如雙光子、在體膜片鉗等等。在其它的應(yīng)用中，高穩(wěn)定性也大大提升檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。
視頻呈現(xiàn)了在小鼠運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，雙光子成像的穩(wěn)定性。

適應(yīng)性
Mobile HomeCage是用氣體吹起碳纖維籠，籠體足夠輕，動(dòng)物能夠輕松移動(dòng)，有籠壁的保護(hù)，小鼠也比較有安全感，最大可能地模擬了小鼠在飼養(yǎng)籠中的狀態(tài)。因此，相比其它頭部固定方案，HomeCage對(duì)動(dòng)物的應(yīng)激作用小，所需的適應(yīng)訓(xùn)練時(shí)間短。
新設(shè)計(jì)的紅屋頂可以更進(jìn)一步屏蔽外界干擾，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，和可重復(fù)性。

運(yùn)動(dòng)追蹤
HomeCage可配套運(yùn)動(dòng)追蹤系統(tǒng)，記錄動(dòng)物的行動(dòng)軌跡和頭部方向，并可觸發(fā)和同步外部設(shè)備，與獎(jiǎng)賞懲罰等各類配件組成反饋環(huán)路。
運(yùn)動(dòng)追蹤系統(tǒng)包含分析和反饋觸發(fā)等功能。

豐富的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

Mobile HomeCage不僅僅是一個(gè)提供頭部固定動(dòng)物活動(dòng)的平臺(tái)，還提供了非常豐富的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，能實(shí)現(xiàn)多樣的行為學(xué)范式，這使得各種高精度檢測(cè)技術(shù)能夠與各種行為學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。

可在HomeCage中進(jìn)行的行為學(xué)研究（包括但不限于）
✓探索運(yùn)動(dòng)和活動(dòng)的神經(jīng)功能
✓用于研究記憶處理的對(duì)象識(shí)別
✓任務(wù)相關(guān)的行為學(xué)訓(xùn)練和研究
✓對(duì)空間學(xué)習(xí)和記憶的評(píng)估（T型迷宮和環(huán)狀迷宮）
✓社交行為和社交互動(dòng)的研究
✓多感覺(jué)交互的相關(guān)研究
✓空間感受的相關(guān)研究
✓視覺(jué)刺激相關(guān)研究（使用透明籠壁或矮籠壁，小鼠可觀察到前方視頻中的視覺(jué)刺激）

舔水獎(jiǎng)勵(lì)

可配置多種類型的迷宮

利用HomeCage進(jìn)行曠場(chǎng)和新物體識(shí)別的檢測(cè)

在HomeCage上進(jìn)行的社交行為實(shí)驗(yàn)

適合與HomeCage配合使用的技術(shù)

✓清醒動(dòng)物腦功能成像
✓在體神經(jīng)電生理記錄
✓在體膜片鉗記錄
✓在體雙光子成像
✓多腦區(qū)電極及光纖記錄等

持續(xù)的創(chuàng)新

Mobile HomeCage還在持續(xù)開發(fā)新的功能，可以根據(jù)研究者具體的實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行個(gè)性化定制。同時(shí)，也有越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)室利用HomeCage的設(shè)備設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方法。

由于小鼠對(duì)現(xiàn)實(shí)的感知主要源于觸覺(jué)，尤其是胡須的觸覺(jué)，來(lái)自UCSC的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)HomeCage進(jìn)行了簡(jiǎn)單的改造，在籠壁上固定不同材質(zhì)的物體，并訓(xùn)練小鼠學(xué)會(huì)用胡須來(lái)辨別物體的材質(zhì)。后續(xù)，在這樣一個(gè)行為學(xué)范式的基礎(chǔ)上，利用雙光子成像研究了致幻劑對(duì)這一行為的影響。相關(guān)工作在2021年已發(fā)表于Molecular Psychiatry雜志
（doi.org10.1038s41380-021-01159-1.pdf）。

以上視頻呈現(xiàn)了小鼠在HomeCage中用胡須辨別籠壁上物體材質(zhì)的過(guò)程。