小鼠社交互动中头部运动的性别与社会情境差异：揭示社交行为新奥秘

《BMC Biology》：Sex- and social context-dependent differences in mice fine head movement during social interactions

研究人员利用头部加速度数据研究小鼠社交行为，发现头部运动模式受性别、刺激偏好和社会情境影响，为相关研究提供新方法。

　　在动物的社交世界里，它们的一举一动都蕴含着丰富的信息。就拿小鼠来说，当它们面对不同的社交场景和对象时，是如何做出决策的呢？以往的研究发现，社会决策受到年龄、性别、情绪状态以及个体社会环境等多种因素的影响。在研究啮齿动物的社交行为时，虽然已经有各种各样的行为学指标被广泛应用，但在社交互动过程中，小鼠细微的头部运动所扮演的角色却一直没有得到充分的探索。尽管许多电生理记录系统中都配备了加速度计，可这个 “小助手” 在研究小鼠社交行为方面却没被好好利用起来。为了揭开小鼠社交行为中头部运动的神秘面纱，来自以色列海法大学（University of Haifa）Sagol 神经生物学系的研究人员 Adèle Phalip、Shai Netser 和 Shlomo Wagner 展开了深入研究。他们的研究成果发表在《BMC Biology》杂志上，为我们理解小鼠的社交行为提供了全新的视角。

研究人员运用了多种关键技术方法。在实验动物选择上，选用了 2 - 3 个月大的成年雄性（N=12）和雌性（N=22）ICR（CD - 1）小鼠。通过设计四种不同的社交辨别测试，包括社会偏好（Social Preference，SP）测试、性别偏好（Sex Preference，SxP）测试、隔离状态偏好（Isolation - State Preference，ISP）测试和应激状态偏好（Stressed - State Preference，SSP）测试，观察小鼠在不同社交情境下的行为表现。利用安装在小鼠头部的加速度计（ADXL335）记录 3 轴头部加速度数据，同时结合视频分析软件 DeepLabCut（DLC），对小鼠头部运动进行多维度分析。此外，还运用了决策树分类器模型和多种统计分析方法，来探究头部运动与社交行为之间的关系。

研究结果如下：

1. 行为学动态：在四种社交辨别测试中，小鼠在测试阶段对刺激物的探究时间明显高于测试前阶段，并且在不同测试中对特定刺激物表现出明显偏好。例如，在 SP 测试中，小鼠更喜欢社交刺激（幼鼠）而非乐高玩具；在 SxP 测试中，雌性和雄性小鼠对异性刺激存在不同偏好倾向；在 ISP 测试中，小鼠偏好隔离状态的同类；在 SSP 测试中，小鼠偏好应激状态的同类。而且，雄性和雌性小鼠在大多数测试中的行为表现相似。
2. 头部加速度数据分析：通过对加速度计数据的处理，研究人员提取了总体动态头部加速度（Overall Dynamic Head Acceleration，ODHA）、总体静态头部加速度（Overall Static Head Acceleration，OSHA）、Roll 和 Pitch 等变量。与 DLC 视频分析相比，基于加速度计的变量能更精确地测量头部运动学特征。例如，在接近或离开刺激物时，OSHA、Roll 和 Pitch 呈现出独特的变化模式，ODHA 在回合结束时高于开始时。此外，训练的随机森林模型显示，基于加速度计数据的模型在分类 “接近” 和 “离开” 行为以及识别性别方面，表现优于基于 DLC 数据的模型。
3. 社交互动中头部加速度变量的变化：在整个 15 分钟的实验过程中，ODHA 和头部速度在测试阶段高于测试前和测试后阶段，表明小鼠在测试时头部运动更快。OSHA、Roll 和 Pitch 在测试阶段也有所增加，反映出小鼠在测试时头部倾斜幅度更大。而且，ODHA 存在显著的性别差异，雄性小鼠在测试阶段的 ODHA 信号高于雌性小鼠，这表明头部加速度的动态成分具有性别特异性，并依赖于社会情境。
4. 社会调查中头部加速度的影响因素：在社会调查中，所有四个头部运动学变量（ODHA、OSHA、Roll 和 Pitch）在刺激物探究阶段的值均高于空箱探究阶段，说明这些变量受小鼠探究动机的正向影响。Roll 信号受测试类型的显著影响，不同测试中 Roll 值存在差异。ODHA 受性别影响，雌性小鼠在刺激物探究期间的 ODHA 值低于雄性小鼠。而 OSHA、Roll 和 Pitch 受刺激偏好的影响，小鼠在探究偏好刺激物和非偏好刺激物时，这些变量的值有所不同。
5. 社会调查开始和结束时头部加速度的变化：在社会调查开始和结束时，ODHA 和 Roll 受社会情境的显著影响。在测试阶段开始接近刺激物时，ODHA 水平低于测试前阶段，而 Roll 信号在测试阶段开始和结束时的变化比测试前阶段更强。在性别差异方面，在测试前阶段开始探究空箱时，雄性小鼠的 ODHA 增加幅度大于雌性小鼠；在测试阶段结束离开刺激物时，雄性小鼠的 ODHA 和 Roll 信号变化与雌性小鼠存在差异。此外，小鼠头部运动在开始和结束探究回合时，会根据刺激物的吸引力进行调整，对非偏好刺激物的某些头部运动学变量值更高。

研究结论和讨论部分指出，本研究利用从原始加速度计数据中导出的四个变量（ODHA、OSHA、Roll 和 Pitch），成功地描述和量化了小鼠社交行为中的头部运动。这些变量相互补充，提供了比传统视频分析更全面的头部运动信息。研究结果表明，头部加速度能反映小鼠在社交互动中的情感和动机状态，不同变量受性别、社会情境和刺激吸引力的影响各异。这一研究成果不仅为研究小鼠社交行为提供了新的方法和分析流程，也为进一步探究社交行为的神经机制奠定了基础。未来，研究人员可以进一步探索影响头部运动的内在因素，如年龄、精神和情绪状态等，以及在精神疾病动物模型中，头部运动与社交缺陷之间的关系，有望为理解病理和生理社会决策过程中运动的作用提供更多有价值的信息。