开放式环境中自由活动小鼠声惊跳反应的高保真检测与量化新方法

本研究针对传统声惊跳反应(ASR)检测中因空间限制导致动物行为失真的问题，开发了基于声发射(AE)技术的开放式自由活动小鼠ASR检测系统。通过多视角视频与AE传感器同步分析，首次实现开放场环境中ASR的精准量化，发现C57BL/6J小鼠反应强度显著低于其他品系，证实AE技术可有效捕捉遗传差异、声刺激参数等影响因素，为神经行为学研究提供了更自然的检测范式。

　　

在神经科学研究中，声惊跳反应(Acoustic Startle Response, ASR)作为评估动物感觉运动整合和情绪状态的重要指标，长期依赖限制性检测装置。传统ASR测试需将动物置于狭小腔室，通过力传感器记录肌肉收缩，但这种"囚禁式"检测可能扭曲动物的自然行为并诱发应激反应。尽管Grimsley等(2015)和Pantoni等(2020)尝试改进，自由活动动物的ASR精准检测仍是未解难题。

为突破这一瓶颈，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究团队创新性地将声发射(Acoustic Emission, AE)技术引入行为学研究。他们在标准开放场中部署高灵敏度AE传感器，通过捕捉小鼠惊跳时产生的结构声波，建立了首个自由活动动物的ASR量化系统。相关成果发表于《Journal of Neuroscience Methods》。

关键技术包括：1) 开放场AE监测系统搭建，采用多传感器阵列覆盖60×60cm²
区域；2) 三视角同步视频记录系统；3) 129S6/SvEv、CBA/CaJ和C57BL/6J三种品系小鼠的对照实验；4) 声刺激参数(4-16kHz, 90-110dB)系统调控；5) AE能量与运动延迟双指标分析。

Experiment 1: Strain and frequency affect ASR
通过质量标准化AE能量分析，发现CBA/CaJ小鼠反应强度最高，C57BL/6J最低(降低23-41%)。8kHz声刺激引发最强反应，而4kHz效果最弱，揭示遗传背景与频率选择的交互效应。

Comparison with existing methods
与传统视频分析对比显示：AE技术能检测到品系差异(p<0.01)，而视频分析仅捕捉到声强和应激影响，证实AE对细微肌肉收缩的敏感性优于视觉运动分析。

Discussion
AE技术成功克服自由活动环境下的信号干扰问题，其检测灵敏度达到微秒级分辨率。特别值得注意的是，该系统首次在非限制条件下发现C57BL/6J小鼠的ASR减弱特征，这可能与其已知的听力损失易感性相关。

Conclusion
该研究建立的AE-ASR检测范式具有三大突破：1) 消除空间限制对行为的干扰；2) 实现亚毫秒级反应延迟检测；3) 揭示传统方法无法发现的品系特异性反应模式。这不仅为神经行为学研究提供新工具，更为探索自然状态下的应激反应机制开辟了新途径。未来可应用于精神疾病模型的行为表型分析，以及听觉-运动神经环路的深入研究。