[发明专利]一种基于行为学的小鼠睡眠监测箱

说明书

本发明公开了一种基于行为学的小鼠睡眠监测箱，包括：箱体，其包括由透明板材制成的四周侧壁和顶壁、以及可分离的底壁，其中，所述箱体四周侧壁的下部开设有透气栅格，所述箱体顶壁设置有透气孔阵列；摄像头组件，设置在所述箱体的顶壁中央，其中球形摄像头的姿态在摄像头固定保持架中能够万向调节；滑板式窗口组件，用于取放小鼠；投食组件，包括食盒和饮水瓶，其中，所述食盒具有栅栏式投食口，所述饮水瓶具有伸入栅栏式投食口的饮水管，其中，所述小鼠睡眠监测箱置放于睡眠环境控制柜中，所述球形摄像头用于对箱体内的小鼠昼夜行为连续监测。本发明为小鼠提供可长期饲养、观察、节律可控的无干扰环境，实现全天24小时监控老鼠的活动和休息情况。

技术领域

本发明涉及睡眠障碍研究领域，尤其涉及一种基于行为学的小鼠睡眠监测箱。

背景技术

随着社会、环境和心理等方面压力增加，睡眠障碍已经成为了一个世界范围的主要公共健康问题，其中失眠可导致疲劳、情绪低落或激惹、广泛性不适和认知损害，还可损害社交或职业功能、降低生活质量，有些患者可致躯体症状(不安、僵硬、触痛或头痛)。失眠严重者容易发生运动车辆和工作场所事故，增加内分泌代谢性疾病、心血管疾病、精神疾病和神经变性疾病的风险。

因此对于失眠病因、治疗等研究成为热点。在动物睡眠研究中，主要以啮齿类(小鼠和大鼠)作为研究对象，这是因为人和啮齿类睡眠的内稳态调节、昼夜节律分布、对内外部因素的敏感性、对睡眠－觉醒调节药物的反应和神经化学的调节基本相似，提示人和啮齿类的睡眠障碍中有共同的内在机制。然而目前对于啮齿类睡眠觉醒研究还是缺乏高效的监测手段。

传统上，啮齿类动物睡眠监测主要是基于脑电/肌电记录的睡眠监测，在小鼠脑部放置电极，用于记录皮层脑电活动(EEG)，在双侧颈肌内插入银丝电极用于记录肌电活动(EMG)。记录电极通过微型插座连接到脑电图仪上，同步记录脑电和肌电活动，24-h连续记录脑电和肌电以及同步进行视频监控。

该方法可记录自由运动状态下小鼠EEG/EMG，获取小鼠睡眠-觉醒各时相、睡眠深度等指标，长时间高精确研究包括睡眠觉醒量、脑电谱在内的各项睡眠指标。然而，EEG描记的方法同时记录的动物数量有限。需要手术植入电极的过程费时、有创，实施起来往往昂贵，且术后动物恢复时间较长，且手术过程本身可能导致动物应激。这难以满足大样本长时间的研究。

因此，进一步开发快速可行的分析方法，以评估动物模型中的睡眠-觉醒行为，将对睡眠机制的剖析，以及对治疗失眠的新药开发有重要价值。

目前认为基于行为学特征判断也能评估动物的睡眠，动物睡眠后在行为上表现为静止期延长、姿势改变、对环境的刺激反应减弱。成功的例子是对果蝇睡眠的监测。利用这种评估方法已在果蝇成功筛选到失眠果蝇表型(ins-l)。

在啮齿类动物中，已有数种非侵袭性方法(包括视频跟踪、光束破碎，生物钟运转，加速度测量)设计用于区分动物粗大和微小的清醒行为，如梳理毛发、进食、移动、饲养、打转，甚至是安静时的清醒状态，虽然这些方法有大样本监测筛选的可能性，但目前都未得到有效的实际应用。

另外有文献报告了一种通过放置压电传感器在饲养笼的底部，非侵袭性监测动物的行为活动方法，它利用压电聚合物薄膜，将机械压力转换成电信号，可以较高灵敏度地检测动物运动活动及生理活动，如心跳和呼吸。经特殊计算程序区分的小鼠睡眠－觉醒状态与EEG定义的结果相关系数达0.95。这种方法可能用于大样本筛选，但因需要特殊装备和定制的软件而限制了其应用性。

因此开发出一种可广泛应用的、无创性、可重复性、大样本长时间的动物睡眠监测系统成为亟待解决的问题。

我们认为使用行为监测软件从视频资料大样本评估复杂行为是初步评估睡眠－觉醒行为的理想方案。已有研究表明使用ANY Maze商业软件分析C57BL/6小鼠基线和给药(镇静剂、兴奋剂)后的视频资料，发现使用静止时间≥40秒定义为睡眠与EEG/EMG记录的结果相关系数＞0.94，也被称作“40秒规则”。