大小鼠步態(tài)分析系統(tǒng)助力水凝膠神經(jīng)導(dǎo)管提升神經(jīng)損傷后的運(yùn)動(dòng)恢復(fù)研究

在神經(jīng)損傷、運(yùn)動(dòng)疾病及腦損傷等研究領(lǐng)域，大小鼠步態(tài)分析已成為評(píng)估動(dòng)物運(yùn)動(dòng)功能的重要手段。然而，傳統(tǒng)步態(tài)分析設(shè)備在自動(dòng)化程度、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)效率方面仍存在諸多挑戰(zhàn)。

SANS賽昂斯SA114大小鼠步態(tài)行為分析系統(tǒng)憑借其技術(shù)創(chuàng)新和出眾表現(xiàn)，不僅在實(shí)驗(yàn)室中獲得廣泛應(yīng)用，更在國(guó)際期刊發(fā)表的研究文獻(xiàn)中得到驗(yàn)證。

國(guó)際期刊文獻(xiàn)驗(yàn)證
賽昂斯大小鼠步態(tài)行為分析系統(tǒng)的科研價(jià)值在國(guó)際期刊發(fā)表的研究中得到充分驗(yàn)證。2025年10月15日，鄭州大學(xué)黃霞教授團(tuán)隊(duì)在Chemical Engineering Journal（影響因子：13.2）發(fā)表題為"Block-designed hydrogel with segregated CNTs/MXene networks and PEDOT interfacial engineering for neuro-skin applications: Multimodal sensing, nerve regeneration and self-powered energy harvesting"的研究論文。

在這項(xiàng)研究中，研究者們開(kāi)發(fā)了一種具有塊狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電水凝膠，通過(guò)在半互穿聚丙烯酰胺/海藻酸鈉網(wǎng)絡(luò)中空間分離一維碳納米管和二維MXene，并利用PEDOT:PSS涂層增強(qiáng)界面導(dǎo)電性，從而克服了傳統(tǒng)柔性電子材料在靈敏度、機(jī)械強(qiáng)度和多功能集成方面的固有局限。該水凝膠實(shí)現(xiàn)了超高靈敏度（在600-800%應(yīng)變下應(yīng)變系數(shù)達(dá)36.6）和寬壓力檢測(cè)范圍（0.1-21.7 kPa），并具備運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、溫度傳感和摩斯電碼加密等多模態(tài)傳感能力。同時(shí)，其仿生模量設(shè)計(jì)和三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)有效降低了炎癥因子水平，促進(jìn)了小鼠坐骨神經(jīng)的功能恢復(fù)和再生。此外，集成摩擦納米發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了高效的能量收集（峰值功率密度達(dá)3.2 W m-2），構(gòu)建了一個(gè)集傳感、神經(jīng)修復(fù)和能量自主于一體的閉環(huán)“感知-修復(fù)-供能”新型“神經(jīng)皮膚”平臺(tái)。

該研究中，研究人員采用賽昂斯大小鼠步態(tài)行為分析系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

步態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：兩組大鼠足印最大接觸面積隨時(shí)間呈遞增趨勢(shì)，且第八周時(shí)水凝膠組顯著大于對(duì)照組（圖8g）；第八周水凝膠組的足印平均支撐時(shí)長(zhǎng)顯著優(yōu)于對(duì)照組（圖8h顯）；足印強(qiáng)度分析進(jìn)一步表明水凝膠組在第八周顯著高于對(duì)照組（圖8i）；而坐骨神經(jīng)功能指數(shù)證實(shí)水凝膠組在術(shù)后第八周的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)效果更優(yōu)（圖8j）。綜上，PASMPC水凝膠神經(jīng)導(dǎo)管通過(guò)持續(xù)促進(jìn)神經(jīng)再生與功能重建，顯著提升了坐骨神經(jīng)損傷后的運(yùn)動(dòng)恢復(fù)效果。

這一研究成果證明了SANS賽昂斯系統(tǒng)在神經(jīng)再生研究中的重要作用，為柔性導(dǎo)電水凝膠在神經(jīng)修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

技術(shù)創(chuàng)新解決行業(yè)痛點(diǎn)
傳統(tǒng)大小鼠步態(tài)分析面臨的主要挑戰(zhàn)包括：實(shí)驗(yàn)干擾性高、數(shù)據(jù)真實(shí)性受限、識(shí)別干擾嚴(yán)重以及分析效率低下。針對(duì)這些痛點(diǎn)，賽昂斯推出的SA114大小鼠步態(tài)行為分析系統(tǒng)采用了多項(xiàng)突破性技術(shù)。

系統(tǒng)采用腳印光亮折射技術(shù)成像原理，通過(guò)玻璃走道下方的綠色LED光源，當(dāng)鼠爪接觸玻璃表面時(shí)形成明亮腳印，實(shí)現(xiàn)高精度成像。高速彩色相機(jī)具備相機(jī)增益調(diào)節(jié)、曝光時(shí)間調(diào)節(jié)以及幀率調(diào)節(jié)，在燈光調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升視頻拍攝質(zhì)量。

特別值得關(guān)注的是，系統(tǒng)配備的被動(dòng)驅(qū)趕模塊采用氣體驅(qū)趕方式（氣壓強(qiáng)度0-0.8MPa可調(diào)），有效取代了傳統(tǒng)的敲擊、棍棒驅(qū)趕等干擾性方法，確保實(shí)驗(yàn)的一致性和標(biāo)準(zhǔn)化。

SA114 大小鼠步態(tài)分析系統(tǒng)

主動(dòng)步態(tài)vs被動(dòng)步態(tài)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
SA114系統(tǒng)采用主動(dòng)步態(tài)檢測(cè)方式，相比被動(dòng)步態(tài)具有明顯優(yōu)勢(shì)。被動(dòng)步態(tài)檢測(cè)將實(shí)驗(yàn)鼠置于跑步機(jī)環(huán)境中，存在模擬自然步態(tài)局限性、環(huán)境適應(yīng)性差、應(yīng)激反應(yīng)等問(wèn)題，導(dǎo)致收集的步態(tài)數(shù)據(jù)無(wú)法完全反映動(dòng)物在自然環(huán)境中的真實(shí)步態(tài)特征。

而主動(dòng)步態(tài)檢測(cè)通過(guò)透明步道設(shè)計(jì)，配備定制化專(zhuān)業(yè)玻璃步道，具有高透明度，添加特殊材料增強(qiáng)熒光顯影能力，鋼化處理提高抗外力能力。動(dòng)物可以自然行走，基于足夠的對(duì)比度實(shí)現(xiàn)爪子和背景的全自動(dòng)分離，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性。

智能化功能提升實(shí)驗(yàn)效率
智能采集功能是系統(tǒng)的一大亮點(diǎn)。軟件具備自動(dòng)采集和手動(dòng)采集雙重模式：當(dāng)老鼠進(jìn)入框選的ROI區(qū)域時(shí)自動(dòng)開(kāi)始錄制，離開(kāi)后自動(dòng)停止并保存視頻；通過(guò)設(shè)定通過(guò)時(shí)間、采集成功數(shù)、速度變化率等參數(shù)，自動(dòng)排除采集失敗的視頻，避免人工挑選工作。

智能腳印分類(lèi)功能內(nèi)置先進(jìn)算法，能夠在極短時(shí)間內(nèi)對(duì)視頻中老鼠的腳爪印進(jìn)行識(shí)別和分類(lèi)，識(shí)別分類(lèi)準(zhǔn)確率高達(dá)85%以上，在很大程度上節(jié)省了實(shí)驗(yàn)人員手動(dòng)分類(lèi)時(shí)間。

多維度數(shù)據(jù)分析能力
系統(tǒng)提供豐富的分析功能，包括腳印時(shí)序圖展現(xiàn)前左FL、前右FR、后左HL、后右HR的觸地和離地時(shí)間順序，反映小鼠運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性、步態(tài)模式及神經(jīng)肌肉功能狀態(tài)。通過(guò)分析步態(tài)對(duì)稱(chēng)性、步態(tài)相位關(guān)系等參數(shù)，可識(shí)別拖行步態(tài)、跳躍步態(tài)等異常模式。

腳印時(shí)序圖

2D壓力圖以二維熱圖形式展示壓力分布和空間位置，分析壓力分布對(duì)稱(chēng)性、步態(tài)穩(wěn)定性、觸地面積等指標(biāo)。

2D壓力圖

3D壓力圖增加時(shí)間維度，形成動(dòng)態(tài)壓力變化曲面，可分析壓力動(dòng)態(tài)過(guò)程、力學(xué)協(xié)調(diào)性、沖擊力等參數(shù)。

3D壓力圖

系統(tǒng)還提供足跡測(cè)量工具，自動(dòng)計(jì)算脛骨神經(jīng)功能指數(shù)（TFI）、腓骨神經(jīng)功能指數(shù)（PFI）、坐骨神經(jīng)功能指數(shù)（SFI）等關(guān)鍵指標(biāo)，其中SFI=0為正常，-100為完全損傷。

解決識(shí)別干擾的創(chuàng)新方案
針對(duì)白鼠毛色反光、大鼠尾巴或睪丸貼地等常見(jiàn)識(shí)別干擾問(wèn)題，SANS提供了創(chuàng)新解決方案。除了相機(jī)參數(shù)靈活調(diào)節(jié)外，系統(tǒng)還配備詳細(xì)的檢測(cè)閾值設(shè)置，包括色相閾值、飽和度閾值、亮度閾值、檢測(cè)閾值、面積閾值等多達(dá)16項(xiàng)參數(shù)。

交互式爪印糾正功能設(shè)置了爪印糾正按鈕，在初步檢測(cè)后可通過(guò)逐幀播放、進(jìn)度條拖拽等方式檢測(cè)誤差，并在修正后重新檢測(cè)，極大提高檢測(cè)精度，捕捉珍貴的實(shí)驗(yàn)資料。

SANS賽昂斯SA114大小鼠步態(tài)行為分析系統(tǒng)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新有效解決了傳統(tǒng)設(shè)備的局限性，在提高實(shí)驗(yàn)效率、保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性方面表現(xiàn)突出。其在國(guó)際權(quán)威期刊發(fā)表的研究中得到驗(yàn)證，為神經(jīng)創(chuàng)傷、運(yùn)動(dòng)疾病、腦損傷等研究領(lǐng)域提供了可靠的分析工具。隨著生物醫(yī)學(xué)研究的不斷發(fā)展，這類(lèi)高精度、高自動(dòng)化的步態(tài)分析設(shè)備將發(fā)揮更加重要的作用。