马损伤感觉、同种隔离和镇静复合干预时的面部表情

　　

瑞典农业科学大学（Swedish University of Agricultural Sciences）的研究人员 Johan Lundblad、Marie Rhodin 等人在《Scientific Reports》期刊上发表了题为 “Facial expressions during compound interventions of nociception, conspecific isolation, and sedation in horses” 的论文。这篇论文在动物行为学和福利评估领域具有重要意义，为深入理解马匹在不同情境下的面部表情变化提供了关键依据，有助于优化对马匹疼痛、压力和情绪状态的评估方法，进而提升马匹福利管理水平。

研究背景

在动物行为研究中，面部表情是了解动物内部状态的重要窗口。对于马这类猎物动物而言，其面部表情能够传达丰富的信息，常被用于福利和疼痛评估。以往对动物疼痛状态的评估，通常是将其与中性状态对比，却很少考虑其他可能影响动物的经历。然而在实际场景中，动物很少处于单纯的实验性中性状态。

人类研究中，面部表情的研究多依赖自我报告来探究面部运动背后的动机。虽然跨物种研究发现，在疼痛时面部肌肉激活存在相似性，表明至少部分神经解剖过程在进化中得以保留，但动物研究无法像人类研究那样依靠自我报告，只能完全依赖生理标记和行为观察，这就容易受到研究人员主观认知和期望偏差的影响。

同时，马匹具有丰富的面部表情，在实验诱导的疼痛状态下，会出现耳朵后转、鼻孔扩张、面部肌肉收缩等表情变化，这些特征被用于开发基于表情的马匹疼痛量表。但有趣的是，常规的非疼痛管理程序，如隔离，以及镇静药物的使用，也会引发马匹类似疼痛的面部表情变化。这使得特定面部表情与特定情境之间的关系变得复杂，在将面部表情纳入疼痛和福利评估之前，这种动态关系亟待研究。

研究方法

研究采用了实验性的自身对照、半随机交叉设计，选取 12 匹马（3 匹 geldings 和 9 匹 mares）参与实验。实验前，研究人员获得了瑞典乌普萨拉动物实验伦理委员会的批准，所有马匹均来自研究设施内的教学群体，实验前经过兽医检查确保健康。

实验设置了 5 种干预情境：伤害性刺激（Nociception，N），通过在前臂施加缺血刺激模拟疼痛；隔离（Isolation，I），将马匹与同伴分开；药物镇静（Sedation，S），静脉注射非镇痛镇静剂；伤害性刺激与隔离组合（Nociception and Isolation，NI）；伤害性刺激与药物镇静组合（Nociception and Sedation，SN）。同时设置了对照组（Control，C），在模拟实验流程但不进行额外干预的情况下记录马匹面部表情。

实验过程中，研究人员使用了基于解剖学的马面部动作编码系统（Equine Facial Action Coding System，EquiFACS）对马匹面部表情进行编码。该系统将面部表情分类为动作单元（Action Units，AUs）和动作描述符（Action Descriptors，ADs），以精确记录面部肌肉收缩引起的形态变化。利用多个摄像头从不同角度录制马匹在干预期间（15 - 20 分钟）的面部表情，通过自动面部检测软件筛选出面部可见概率高的 30 秒视频片段，由两名经过认证的编码员进行标注。

为了评估干预对马匹生理状态的影响，研究人员还测量了心率（Heart Rate，HR）和心率变异性（Heart Rate Variability，HRV），其中 HRV 通过连续差分的均方根（Root Mean Square of Successive Differences，RMSSD）来衡量，同时采集了隔离干预前后的血液样本，检测血清皮质醇水平。

统计分析方面，运用偏最小二乘法判别分析（Partial Least Squares Discriminant Analysis，PLS - DA）评估面部表情能否区分不同干预情境，构建零膨胀广义线性混合模型（Zero - inflated Generalized Linear Mixed Models，glmmTMB）对个体 AUs 进行推断，并通过计算组内相关系数评估编码员之间的一致性。

研究结果

1. 干预分类：研究共记录了 12 匹马在 5 种干预情境下的 1287 个 AU 事件和 1267 个 AD 事件。通过 PLS - DA 分析发现，干预 t1 成分对模型贡献显著，依据 t1 轴可成功区分隔离干预与镇静、对照干预。伤害性刺激干预得分变化较大，与 t2 成分聚集在分数图顶部。而镇静与伤害性刺激组合干预（SN）无法与对照组清晰区分，隔离与伤害性刺激组合干预（NI）和单独隔离干预聚类接近，区分度低。
2. 面部活动变化：从 VIP 得分高于 0.8 的面部表情代码中筛选出 6 个在不同干预间存在显著差异的代码，包括耳部运动（EAD101、EAD104）、鼻孔扩张器（AD38）、眨眼（AU145）、下巴抬起（AU17）、内眉抬起（AU101）。眨眼在包含社交隔离和伤害性刺激的干预中显著增加，在镇静干预中无变化；耳部运动和鼻孔扩张在隔离干预中增加；内眉抬起、下巴抬起、上眼睑抬起和闭眼与对照组相比无显著差异。
3. 心率：对照组和伤害性刺激组的平均心率无差异，镇静、隔离和复合干预组的平均心率增加。心率变异性方面，仅隔离干预组的 RMSSD 显著高于对照组，其他干预组无变化。
4. 血清皮质醇：隔离和伤害性刺激 - 隔离干预均导致血清皮质醇水平升高，且两者之间无差异。隔离使平均血清皮质醇水平增加 8.19 倍，伤害性刺激与隔离组合使平均血清皮质醇水平增加 13.75 倍。
5. 编码员一致性：两名 EquiFACS 编码员的组内一致性优秀，组间一致性良好。

研究结论与讨论

这项研究利用基于 EquiFACS 的编码系统，对 12 匹马在单一和复合干预下的面部活动进行了研究。结果表明，基于 PLS - DA 的方法能够成功区分非复合干预下的同种隔离、镇静和低程度伤害性刺激。然而，当干预组合时，面部表情难以区分伤害性刺激与其他情境干预。这突出了在不考虑压力和镇静因素时，单纯依靠面部肌肉收缩判断马匹是否经历伤害性刺激存在局限性。

研究发现，耳部运动、眨眼频率和鼻孔扩张与高唤醒干预相关，这些 AU 在高唤醒干预中的高频率出现可能会降低判断马匹是否疼痛的敏感性。此外，虽然眨眼频率在区分高唤醒与低唤醒或中性状态时有较高的区分能力，但在高唤醒状态内部，其区分能力较弱。因此在评估马匹面部表情时，需要谨慎考虑压力因素的影响，因为压力可能会掩盖其他重要的面部表情。

在镇静方面，研究假设面部表情可能会被肌肉松弛效应掩盖，实验结果证实了镇静与疼痛组合状态下的面部活动与基线相似，这意味着近期镇静的马匹可能会隐藏伤害性刺激引发的面部表情。但同时，研究也发现尽管受到镇静剂影响，经历伤害性刺激的马匹眨眼频率仍会增加，这表明眨眼频率有可能成为未来评估马匹疼痛的一个有价值的指标，尤其是在临床实践中检测有麻醉残留效应或处于镇静状态下的马匹疼痛时。

不过，该研究也存在一些局限性。样本量较小，尽管在有限样本中仍发现了一定的区分能力，但数据的个体间差异较大，限制了研究结论的普遍适用性。此外，研究使用的缺血疼痛模型无法精确测量伤害性刺激的程度和时间，30 秒的观察窗口虽然比以往研究长，但仍可能无法完全捕捉到所有面部行为，更长的观察窗口可能会得出不同结果，但也会带来控制外部环境、动物适应情况等方面的挑战。

总体而言，该研究为未来评估马匹疼痛、压力和镇静的方法改进提供了重要参考，强调在评估马匹面部表情时，必须充分考虑环境和其他因素的影响。这一研究成果对于完善马匹福利评估体系、优化马匹管理和临床实践具有重要意义，为后续相关研究指明了方向。