圖片由AI生成

你知道嗎？當小鼠經(jīng)歷疼痛時，它們也會像人類一樣 "皺眉"—— 只不過這個細微的表情藏在耳朵的姿態(tài)和胡須的顫動里。作為科研路上的重要伙伴，小鼠的 "情緒密碼" 不僅關系到動物福利，更直接影響實驗數(shù)據(jù)可靠性。今天，我們就來解鎖這套 表情語言，聊聊如何用科學方法讀懂小鼠的喜怒哀樂。

從“猜不透“到“看得懂”：疼痛評估的重要性

在神經(jīng)科學、藥理學等領域的實驗室里，小鼠作為模式生物為人類健康研究做出了巨大貢獻。但你是否曾忽略這些小家伙的無聲抗議？國際動物保護組織定義的急性疼痛（短期有害刺激反應）和慢性疼痛（持續(xù)數(shù)天至數(shù)周），不僅會降低小鼠的生活質量，更會成為實驗數(shù)據(jù)的隱形干擾源。

想象一下：當小鼠處于持續(xù)疼痛狀態(tài)時，其應激水平、進食量、活動模式都會發(fā)生改變。如果你的實驗恰好檢測這些指標，未被識別的疼痛就可能成為重要的混雜變量。研究表明，未控制的疼痛會使實驗數(shù)據(jù)變異率增加40%以上，直接影響結果的可重復性。更重要的是，精準評估動物狀態(tài)已成為倫理審查的硬性要求，也是體現(xiàn)科研者人文關懷與科學嚴謹性的重要標志。

2010年，麥吉爾大學Jeffrey Mogil教授團隊在《Nature Methods》發(fā)表的開創(chuàng)性研究，首次證實小鼠會通過面部表情表達疼痛，這一發(fā)現(xiàn)為疼痛評估帶來了革命性突破 ^[1]。而 2025年復旦大學肖曉團隊的最新研究，則通過AI技術將表情解碼精度提升到了新高度，讓我們對小鼠情緒的理解進入了 "高清時代"^[2]。

Grimace Scale：小鼠的 "疼痛表情密碼本"

圖片來源：NC3Rs Mouse Grimace Scale Poster ^[3]

1. 五維評分體系

Mogil教授團隊開發(fā)的Mouse Grimace Scale（小鼠面部表情編碼系統(tǒng)），就像一本 "情緒字典"，將抽象的疼痛感受轉化為可量化的面部特征。該系統(tǒng)聚焦五個核心指標：

? 眼眶收緊（orbital tightening）：眼睛閉合程度是最直觀的疼痛信號，從自然睜開到幾乎閉合，代表疼痛程度的遞增?？梢韵胂蟪尚∈蟀娴?"痛苦皺眉"。

? 鼻部與臉頰凸起（nose and cheek bulges）：疼痛狀態(tài)下，小鼠鼻部周圍肌肉會收縮，形成明顯的凸起特征。

? 耳朵位置（ear position）：這是最靈動的指標 —— 正常狀態(tài)耳朵自然舒展，疼痛時則會向后貼服頭部。

? 胡須位置（whisker position）：從自然伸展到緊張前伸或貼向面部，胡須的 "姿態(tài)語言" 很關鍵。

? 嘴部形態(tài)（mouth shape）：疼痛時可能出現(xiàn)嘴唇緊閉或輕微張開的特殊形態(tài)。

每個指標按嚴重程度分為0-2分（0=無異常，1=中度異常，2=顯著異常），總分越高表明疼痛程度越嚴重。研究顯示，這個評分系統(tǒng)能有效區(qū)分炎癥、術后等不同類型的疼痛狀態(tài) ^[1]。

2. 從人工到智能：評分技術的進化

傳統(tǒng)的Grimace Scale依賴研究者的主觀觀察，雖然經(jīng)過培訓后可靠性較高，但仍存在效率低、個體差異等問題。而復旦大學團隊2025年的研究帶來了 "黑科技" 解決方案 —— 基于深度殘差網(wǎng)絡的AI識別系統(tǒng)，對四種情緒刺激（蔗糖、氯化鈉、苦味劑、尾部電擊）的分類準確率達到驚人的 93.02%^[4]！

通過Grad-CAM技術的可視化分析，研究者發(fā)現(xiàn)AI特別關注這些關鍵區(qū)域：耳部姿態(tài)變化（貢獻度 38%）、口鼻部形態(tài)調整（27%）和胡須運動模式（21%）。這與人工評分體系高度吻合，證明了表情評估的科學性 ^[4]。更神奇的是，AI還能捕捉到人類肉眼難以察覺的微表情變化，為疼痛評估提供了 "超能力"。

不止于表情：疼痛評估的多兵種作戰(zhàn)

雖然面部表情編碼是疼痛評估的 "王牌軍"，但科學的評估體系需要多兵種協(xié)同作戰(zhàn)。讓我們看看其他重要的評估維度：

1. 行為觀察法

這是最基礎也最常用的評估手段，主要關注這些變化：

? 活動水平：疼痛小鼠會顯著減少跑動、攀爬等自發(fā)活動，偏愛靜臥。

? 姿勢異常：蜷縮身體、弓背等保護性姿勢是典型特征。

? 回避行為：對常規(guī)操作（如換籠）表現(xiàn)出明顯的逃避反應。

? 攝食飲水：疼痛狀態(tài)會導致食欲下降，體重增長減緩。

2. 生理指標監(jiān)測

疼痛會引發(fā)一系列生理應激反應，這些客觀數(shù)據(jù)能為表情評估提供有力佐證：

? 自主神經(jīng)指標：心率加快、呼吸頻率增加、血壓升高等。

? 生化指標：血液中皮質醇（應激激素）水平升高，炎癥因子（如IL-6、TNF-α）濃度變化。

? 神經(jīng)電生理：特定腦區(qū)（如前扣帶回皮層）的神經(jīng)元活動增強。

不過要注意，生理指標檢測往往需要侵入性操作，可能會加重小鼠應激反應，因此更適合作為輔助驗證手段。

3. 前沿技術：AI+神經(jīng)環(huán)路

復旦大學的研究將表情評估推向了 "神經(jīng)機制層面"。他們發(fā)現(xiàn)腹側被蓋區(qū)（VTA）的多巴胺能神經(jīng)元和GABA能神經(jīng)元，就像表情的指揮中心^[2]：

? 多巴胺能神經(jīng)元在正性刺激下激活，與耳部前傾等積極表情同步；

? GABA能神經(jīng)元則在負性刺激下增強，調控耳部后移等疼痛表情。

這項發(fā)現(xiàn)不僅揭示了表情背后的神經(jīng)機制，更為開發(fā)精準鎮(zhèn)痛方案提供了新的思路與方向。未來，結合頭戴式微型相機和AI分析的實時監(jiān)測系統(tǒng)，有望實現(xiàn)疼痛的自動化預警。

實操指南：讓你的評估更精準

1. 標準化評估流程

建立一套規(guī)范的操作流程能顯著提高評估可靠性：

? 定時觀察：建議每天固定時間點評估（如上午10 點、下午4 點），每次觀察持續(xù)5-10分鐘。

? 環(huán)境控制：在小鼠熟悉的飼養(yǎng)環(huán)境中觀察，避免陌生人或強光干擾。

? 盲法評分：至少兩名研究者獨立評分，取平均值減少主觀偏差。

? 動態(tài)記錄：采用視頻記錄而非實時評分，便于回溯和復核。

2. 常見誤區(qū)與解決方案

? "熟視無睹" 效應：長期接觸可能導致敏感度下降，建議定期參加評分一致性培訓。

? 品系差異：不同品系小鼠的表情特征可能存在差異，建議預實驗建立本實驗室的基線。

? 晝夜節(jié)律影響：小鼠晝伏夜出，疼痛表現(xiàn)可能存在晝夜差異，需根據(jù)實驗周期調整觀察時間。

? 復合指標判斷：單一指標異常可能不具特異性，需結合多個指標綜合判斷。

3. 從評估到干預：形成閉環(huán)管理

識別疼痛只是第一步，及時干預才是關鍵。當評分達到預設閾值時，應采取相應措施：

? 輕微或瞬間的疼痛：加強飼養(yǎng)管理，如增加環(huán)境豐容，保證飲食飲水，持續(xù)觀測；

? 中度疼痛：咨詢獸醫(yī)使用鎮(zhèn)痛藥物（如非甾體抗炎藥）；

? 重度疼痛：評估是否需要暫停實驗或安樂死動物，保障動物福利。

研究表明，合理的鎮(zhèn)痛處理能使實驗數(shù)據(jù)重復性提升30%，這正是 "善待動物 = 科學數(shù)據(jù)更可靠" 的最佳證明。

倫理與科學：相輔相成的雙標準

為什么倫理審查如此看重疼痛評估？這背后蘊含著深刻的科學邏輯：疼痛作為強烈的應激源，會通過神經(jīng)-內分泌-免疫網(wǎng)絡影響全身各系統(tǒng)功能。在未控制疼痛的模型中，你測得的可能是 "疼痛狀態(tài)下的反應" 而非真實的生物學效應。

國際實驗動物評估和認可委員會（AAALAC）明確要求："疼痛評估應作為涉及疼痛性操作實驗的常規(guī)流程"。越來越多的期刊也將動物福利聲明作為論文發(fā)表的必要條件。掌握表情評估技術，不僅能讓你的研究順利通過倫理審查，更能提升數(shù)據(jù)質量和研究價值。

復旦大學肖曉教授團隊的研究之所以重要，不僅在于技術創(chuàng)新，更在于它建立了 "行為 - 計算 - 神經(jīng)機制" 的完整研究框架 [2]。這種多學科交叉的方法，正是現(xiàn)代實驗動物科學發(fā)展的方向 —— 既要有觀察表情的細致眼光，也要有解讀神經(jīng)機制的深入思考。

做懂小鼠的“表情翻譯官”

從2010年Grimace Scale的建立到2025年AI表情解碼的突破，我們對小鼠疼痛的理解越來越精準。作為科研人，我們手中握著兩把鑰匙：一把打開科學發(fā)現(xiàn)的大門，一把開啟動物福利的保障。當你下次在實驗室觀察小鼠時，不妨多花幾分鐘留意它們的耳朵姿態(tài)、胡須動靜 —— 那些細微的表情變化，或許正是提升你實驗質量的關鍵線索。

能讀懂小鼠喜怒哀樂的研究者，才能做出更嚴謹、更有溫度的科學研究。讓我們一起成為懂小鼠的“表情翻譯官”，在追求真理的路上，始終保持對生命的敬畏與關懷。

參考文獻

[1] Langford DJ, et al. Coding of facial expressions of pain in the laboratory mouse. Nature Methods, 2010, 7(6):447-449.

[2] 復旦大學肖曉教授團隊。從面部表情破解小鼠情緒效價密碼 [EB/OL]. 2025-09-02.

[3] NC3Rs. Mouse Grimace Scale Poster [EB/OL]. https://nc3rs.org.uk/sites/default/files/2022-01/NC3Rs%20Mouse%20Grimace%20Scale%20Poster%20%28EN%29.pdf.

[4] Chen YJ, et al. Cracking the Valence Code: Patterned Facial Kinematics and Neural Signatures of Emotional Expressions in Mice. Advanced Science, 2025.

[5] 廣東省實驗動物信息網(wǎng)。實驗動物疼痛識別方法 [EB/OL]. 2024-9-18.