当微型技术遇上实验室小鼠

电子技术如何改变实验室小鼠的研究？小鼠正步入一个由技术驱动的未来，其中虚拟现实（VR）头盔、人工智能疼痛检测器和智能传感器正在以高精度、同情心和突破性创新彻底改变研究方式。

全球都在努力改善人类的健康状况。环境污染等因素正在影响我们的健康，疾病也在侵蚀我们的身体和心灵。现代世界充满了实验室研究活动，这些活动可能包括药物、疫苗的发明或神经行为的研究。每年有超过1.2亿只小鼠和大鼠被用于研究。它们通常被关在鞋盒大小的笼子里，限制了它们的自然行为。小巧即美丽。

电子技术在实验室小鼠研究中的作用

电子系统通过自动化数据可以大大提高研究任务的准确性和速度。最近，射频识别应答器（RFID标签）被用来标记小鼠。这些标签植入小鼠皮肤下，解决了许多非电子方法带来的问题。一个典型的RFID标签由电子电路和一个封闭在玻璃胶囊中的螺线管天线组成。应答器传输独特的字母数字代码，这些代码可以通过专用读取设备轻松区分并进行分析。

随着创新成为一种实践，将极其灵活的厘米宽网格电子设备注入小鼠大脑，记录神经元活动而不损害周围组织，已经不再令人惊讶。这种装置可能会改进神经植入物，帮助与脑组织互动以治疗帕金森病，并帮助神经科学家研究大脑回路。

物联网（IoT）传感器可以附着在不同的小鼠上，收集运动数据，并使用机器学习算法将其分类为不同的行为。

微小的LED设备可以植入小鼠头部和腿部神经，刺激经过基因改造的神经元，使其对光闪烁作出反应。这种光遗传学技术有助于“激活”特定的神经元群组以进行研究。这些无线供电的植入物大约只有胡椒粒大小，因此不会给小鼠带来负担或改变其行为。

专为小鼠设计的微型VR头盔！

美国西北大学的科学家们为小鼠制作了一副微型虚拟现实（VR）眼镜，以更好地了解它们的大脑工作原理。这副紧凑的VR头盔被称为“沉浸式微型啮齿动物立体照明VR”（iMRSIV），它使用定制的镜头和微型显示器。

iMRSIV有许多优点，其中包括：

• 减少训练时间

• 创建逼真的场景，引发小鼠的本能行为

• 节省实验室空间

• 降低成本

• 可能提高行为研究的结果

• 用户友好

• 使神经生物学研究更加普及

小型虚拟现实系统：Schaffer-Nishimura实验室的创新

这个小型VR系统旨在研究小鼠的行为。通过结合独特技术，小鼠等小型受试者可以在各种闭环（交互式）和开环（非交互式）视觉场景中沉浸。这一消息最初由Tomas Hardware报道。

这款小鼠VR头盔由运行Godot视频游戏引擎的Raspberry Pi 4计算机提供动力。它配备了两个SPI显示器，以240×210的分辨率和大于60帧/秒的帧率提供简单的VR体验。这些组件通过一个定制的3D打印头盔外壳固定在一起，以在测试期间保持小鼠头部的位置。

球形跑步机允许小鼠自然地导航闭环VR体验。该系统由空气悬浮的泡沫球、头板支架、光学传感器和微控制器组成。当小鼠在球上移动时，指向跑步机的光学传感器跟踪偏航、俯仰和滚动，并将数据转换为二维运动。

Godot游戏引擎将检测到的小鼠运动转化为虚拟场景中的适当摄像机运动。

要使用此VR系统，需要任何类型的跑步机控制系统，该系统可以通过鼠标模拟器进行翻译。这种设置还允许人类用户使用标准计算机鼠标或触控板测试游戏环境和实验。

Schaffer-Nishimura实验室已在GitHub上上传了说明（https://github.com/sn-lab/MouseGoggles），以便人们可以使用自定义VR技术进行自己的行为研究。

动物研究中的新兴技术：从AI到智能运输解决方案

人工智能可以根据实验室小鼠的面部表情来评估其疼痛程度，从而可能帮助开发止痛药。借助人工智能，未来可能不需要使用活体动物。据行业专家称，这可以帮助拯救大量用于生物医学研究的小鼠和豚鼠。然而，每年全球有超过1.11亿只啮齿动物被用于实验并在实验后被杀死。即使是半机器人半老鼠系统，也正在研究实验室中变得流行。

例如，在日本的一个研究实验室开发的RatCar（图3）。科学家们希望这可以改善残疾人的行动能力。

然而，实验室研究用小鼠的运输过程中不可避免地会遇到挑战。在运输过程中，小鼠会暴露于各种环境条件，如湿度、温度和不同的物理和心理压力。这些因素会导致它们的心率（HR）、呼吸率（BR）、血压、体温和激素水平发生变化。如果研究人员没有注意到这些变化，肯定会负面影响研究结果。

一些领先的电子系统提供了实用的解决方案。典型的电子小鼠运输容器集成了硬件（EPIC传感器矩阵、网络摄像头、可见光和红外传感器、加速度计、湿度传感器、蜂鸣器以及输入和信号电压适配电路）和软件（传感器选择、信号调节和采集）。

前进的步伐

使用小鼠进行实验室研究的主要原因之一是降低临床试验的成本。通过在实验室小鼠上部署电子系统，这一优势可以进一步增强。iMRSIV无法复制小鼠大脑的美丽和智慧。人工智能和其他电子巨头的渗透提醒我们墨菲定律的第八条：“如果一切看起来都很顺利，那你显然忽略了什么。”

(全文结束)