基于时空行为分析的小鼠应激后社会行为精准分类新框架

《NPP—Digital Psychiatry and Neuroscience》：Classification of social behavioral responses in stress and non-stress adult male mice with high precision

本研究针对传统社会互动测试中二元分类法的局限性，开发了一种结合时间社交互动比和与CD1攻击者平均距离的双维分析框架。研究人员利用DeepLabCut和DeepOF等开源工具，对经历慢性社会挫败应激(CSDS)的成年雄性和雌性小鼠进行高精度行为追踪，提出了能区分“犹豫型社交”和“稳健型社交”的社交参与指数。该指数与筑巢行为等自我关怀指标相关，为在韧性-易感性连续谱上更精细地表征个体差异提供了新方法，显著提升了临床前模型的转化价值。

　　

在探索压力与精神疾病复杂关系的征程中，动物模型，尤其是小鼠模型，扮演着不可或缺的角色。其中，慢性社会挫败应激(CSDS)范式因其强大的稳健性和表面效度，被广泛用于模拟人类抑郁和焦虑相关的行为内表型。该模型通过让实验小鼠持续遭受更具攻击性的同种个体欺凌，从而诱发类似人类应激相关精神障碍的行为改变。然而，长期以来，对该模型行为结果的解读依赖于一个相对简化的指标——小鼠在特定“社会互动区域”内停留的时间。基于此，研究者通常将小鼠二元化地划分为“易感”（表现出社交回避）或“韧性”（表现出亲社会行为）。这种非黑即白的分类方法，虽然实用，却被认为过度简化了应激脆弱性和社会行为本身存在的连续性。仅仅依赖时间这一个维度，无法捕捉社会探索和回避行为中微妙的动态变化，可能导致有意义的个体差异被掩盖。

为了突破这一瓶颈，本研究引入了一项创新的分析框架，旨在对应激后的小鼠社会行为进行更全面、更精细的表征。这项发表在《NPP—Digital Psychiatry and Neuroscience》上的研究，利用前沿的计算行为学工具，为我们理解应激如何塑造社会行为提供了新的视角。

研究人员主要利用了基于深度学习的无标记体姿估计技术（如DeepLabCut）和Python行为分析框架（DeepOF）对小鼠在社会互动测试中的行为进行高分辨率追踪和量化。实验对象为C57BL/6J野生型雄性和雌性小鼠（ postnatal day (PD) 90±15），分为应激组和非应激（对照）组。所有行为实验均在光周期内进行。通过分析小鼠在社会互动区域（SIZ）的停留时间以及其鼻子到兴趣点（POI，即CD1小鼠笼子的中点）的平均距离，计算了不同类型的社会互动比率（SIR），并最终提出了整合时间和空间信息的全新指标——社交参与指数（Social Engagement Index）。

社会互动比率是雄性和雌性小鼠社交障碍的清晰指标

研究人员首先评估了小鼠的社会互动表型。在雄性小鼠中，对照组在CD1小鼠出现时（Session 2）比其缺席时（Session 1）在社会互动区域停留的时间显著增加，表现出正常的社交趋近行为。而经历CSDS的雄性小鼠则未表现出这种时间增加，表明其社交动机受损。在距离指标上，对照组小鼠在Session 2时与兴趣点的距离显著减小，而CSDS暴露的雄性小鼠则无此变化。使用传统的时间型SIRTypeB（小于0.5为易感，大于等于0.5为韧性）进行分类后，易感雄性小鼠的时间型SIR显著低于对照组和韧性组，而其距离型SIR则显著高于对照组和韧性组，验证了距离指标作为社交回避替代指标的可靠性。

在雌性小鼠中，研究者观察到了类似的现象。对照组雌鼠在Session 2表现出社会互动区域停留时间增加和与兴趣点距离减小。而CSDS暴露的雌性小鼠不仅未增加停留时间，其与兴趣点的距离在Session 2反而显著增加，显示出更明显的社交回避表型。同样，基于时间型SIR分类的易感雌鼠，其时间和距离型SIR值均与对照组和韧性组有显著差异，证明了该分析方法在雌雄两性中的普适性。

结合时间和距离指标揭示社会互动中的个体差异

为了捕捉组内行为变异性，研究者将每个小鼠在Session 1和Session 2的社会互动区域停留时间与平均兴趣点距离进行散点图可视化。分析发现，当CD1小鼠出现时（Session 2），不同组别小鼠的行为分布区分度更高，且个体差异显著。例如，在雄性小鼠中，发现个别根据时间指标被归类为易感的小鼠，在Session 2时虽然与兴趣点距离很近，但在社会互动区域停留时间极短。这种行为模式在单独使用时间指标时难以识别，引入了行为解读的模糊性——这只小鼠究竟是在回避社交目标，还是仅仅停留在附近？

这种联合分析不仅揭示了应激小鼠中的异质性，甚至在对照组中也发现了表现出易感样或模糊社会表型的个体，凸显了社会互动行为本身存在的广泛变异性。

社交参与指数整合时间与距离指标并可预测自我关怀样行为

鉴于时间和距离指标的互补价值，研究者提出了一个新的综合指标——社交参与指数，其计算公式为时间型SIRTypeB与距离型SIRTypeB的比值。该指数提供了一个连续谱的测量，有助于区分那些表现出模糊的趋近或回避表型的小鼠。高指数值表示在社会互动区域停留时间长（分子大）且距离兴趣点近（分母小），可解读为强烈的社交趋近，反映低社交回避；低指数值则相反。

通过三维可视化，该指数成功识别出一些行为表型与预期分组不符的小鼠（如易感小鼠与韧性群体聚集）。为了验证该指数的外部效度，研究者考察了其与筑巢测试（一种自我关怀行为测量）得分的关系。结果显示，对照组雌鼠的筑巢质量显著高于韧性和易感组。更重要的是，社交参与指数与筑巢得分呈显著正相关，表明该指数不仅能捕捉社会互动的细微差别，还能预测CSDS对其他行为领域（如自我关怀）的影响。

本研究引入的分析框架显著提升了对CSDS后小鼠社会行为的表征能力。所提出的社交参与指数通过整合时间和空间维度，揭示了传统二元分类法所掩盖的连续且微妙的行为表型。该方法依赖于开源工具，具有良好的可重复性、可及性和转化潜力，未来可进一步结合更精细的行为分解（如主动探究与被动接近的区分），为在更具生态效度的层面上理解应激的神经行为关联、推动神经精神疾病研究迈向更可靠、可重现的新标准奠定了重要基础。认识到个体差异是应激反应的核心组成部分，对于开发针对应激相关障碍的个性化干预措施至关重要。