大脑与行为的研究之自由活动马匹研究中的数据整合
2025-08-01 来源:本站 点击次数:16脑电图 (EEG) 是评估脑电波活动的理想诊断工具。这些数据可以评估脑功能障碍，或研究睡眠的不同阶段。对于人类来说，收集脑电图数据只需将电极放置在头皮上即可；最难的部分是让受试者静坐，因为记录的质量取决于细微的运动或肌肉活动。
脑电图记录在动物模型中也很有价值，可用于研究脑部疾病、脑损伤、睡眠、麻醉的影响、癫痫等。但是，收集可靠的记录非常困难。通常来讲，需要对动物进行剃毛和固定（镇静），甚至在某些情况下需要手术和植入。由于多种原因，这种方法并不实用，尤其是在使用大型动物（例如马）进行临床研究时。
材料与方法
Hugo Cousillas和他的同事希望以一种更适合兽医学和动物福利研究的方式，更轻松地获取可靠的马匹脑电图数据。他们着手研发一套系统，使其能够在马匹的居家环境（马厩）中自由活动。目标是打造一套易于使用、可根据马匹个体进行调节，并且不会像普通笼头那样对马施加更多束缚的系统。
因此，他们研发了一种耳机（如图1A所示），可以让电极与马头保持良好而稳定的接触。通过这款耳机，研究人员可以从马匹的两个半球（每侧两个电极）获取记录，从而获取大脑枕叶和额叶之间差异活动的数据。
Hugo Cousillas和他的同事希望以一种更适合兽医学和动物福利研究的方式，更轻松地获取可靠的马匹脑电图数据。他们着手研发一套系统，使其能够在马匹的居家环境（马厩）中自由活动。目标是打造一套易于使用、可根据马匹个体进行调节，并且不会像普通笼头那样对马施加更多束缚的系统。
因此，他们研发了一种耳机（如图1A所示），可以让电极与马头保持良好而稳定的接触。通过这款耳机，研究人员可以从马匹的两个半球（每侧两个电极）获取记录，从而获取大脑枕叶和额叶之间差异活动的数据。
图1.(A)脑电图 (EEG) 耳机，一条由大橡皮筋制成的项链，戴在马头上；(B) EEG 耳机示意图；(C) 直径 10 毫米的电极 用弹簧安装在一根管子上，与人类使用的电极类似；(D) 电极的位置，RO，右枕骨；RF，右额骨；LO，左枕骨；LF，左额骨；G，身体接地；(E) 电极位置、解剖标志和测量值显示在位于额骨正下方的马脑示意图上
五匹7-9岁的马每天佩戴耳机两次，每次15分钟，分别在马厩中站立和休息。有观点认为，马的头部有很多肌肉，所以可能会容易干扰信号。但研究者的测试证明，能够捕捉到α、β和γ波，数据似乎与之前的研究一致。
复杂的数据，需要更多信息才能完全理解。为了监测马的行为，研究人员使用诺达思的多视频录制软件(Media Recorder)同时录制多个视频，然后将这些视频导入行为观察记录分析系统(The Observer XT)，对感兴趣的行为进行评分，并将行为数据与脑电图数据同步。
同步数据的优势在于，您可以根据一个数据流中发生的情况来选择另一个数据流的时间段。在本研究中，分析的是马匹放松站立时的脑电图数据。在此期间，所有马匹的脑电图数据在两个半球之间均未表现出差异，并且两天的数据收集之间也没有差异。这说明电极两次放置位置都是精确的。
结果
数据结果显示，本研究获得的脑电图记录与其他方法获得的脑电图相似（图2）。所有马匹的脑电图均相似，马匹呈现安静清醒状态，与先前使用外部或植入电极的研究中的脑电图结果一致。
五匹7-9岁的马每天佩戴耳机两次，每次15分钟，分别在马厩中站立和休息。有观点认为，马的头部有很多肌肉，所以可能会容易干扰信号。但研究者的测试证明，能够捕捉到α、β和γ波，数据似乎与之前的研究一致。
复杂的数据，需要更多信息才能完全理解。为了监测马的行为，研究人员使用诺达思的多视频录制软件(Media Recorder)同时录制多个视频，然后将这些视频导入行为观察记录分析系统(The Observer XT)，对感兴趣的行为进行评分，并将行为数据与脑电图数据同步。
同步数据的优势在于，您可以根据一个数据流中发生的情况来选择另一个数据流的时间段。在本研究中，分析的是马匹放松站立时的脑电图数据。在此期间，所有马匹的脑电图数据在两个半球之间均未表现出差异，并且两天的数据收集之间也没有差异。这说明电极两次放置位置都是精确的。
结果
数据结果显示，本研究获得的脑电图记录与其他方法获得的脑电图相似（图2）。所有马匹的脑电图均相似，马匹呈现安静清醒状态，与先前使用外部或植入电极的研究中的脑电图结果一致。
图2.(A) 在一匹放松站立的马身上获得的 10 秒脑电图 (EEG) 记录的示例；(B) 这些记录的每个波范围的表示
研究人员指出，佩戴这款脑电图耳机后，所有马匹都出现了α波，而在其他研究中，马匹有时无法呈现这些波。在本研究中，马匹因为处于熟悉的环境中并允许自由活动所以感到很放松，没有受到耳机的干扰。研究人员认为，焦虑的马匹可能会增加皮质唤醒，导致α波频率下降。所以，本研究中设计的脑电图耳机能够允许马匹在熟悉的环境中自由活动，有助于推动对马匹大脑处理机制的认识。
在三种波中，β波更为稳定。马匹处于清醒、安静和环顾四周的状态，这意味着它们的注意力可能会随着动物是否关注周围发生的事情而变化（图3）。β波是清醒状态的特征，而γ波则与更高意识状态有关，α波则与安静清醒状态有关。α波和γ波的较高变异性可能反映了环境变化导致的注意力过程的变化。
研究人员指出，佩戴这款脑电图耳机后，所有马匹都出现了α波，而在其他研究中，马匹有时无法呈现这些波。在本研究中，马匹因为处于熟悉的环境中并允许自由活动所以感到很放松，没有受到耳机的干扰。研究人员认为，焦虑的马匹可能会增加皮质唤醒，导致α波频率下降。所以，本研究中设计的脑电图耳机能够允许马匹在熟悉的环境中自由活动，有助于推动对马匹大脑处理机制的认识。
在三种波中，β波更为稳定。马匹处于清醒、安静和环顾四周的状态，这意味着它们的注意力可能会随着动物是否关注周围发生的事情而变化（图3）。β波是清醒状态的特征，而γ波则与更高意识状态有关，α波则与安静清醒状态有关。α波和γ波的较高变异性可能反映了环境变化导致的注意力过程的变化。
图3. 在两个不同的记录日，五匹放松站立的马记录到的α、β和γ波功率谱比例
总结
研究人员在自由活动的马匹身上获取更优质的脑电图数据方面无疑取得了良好的开端。首次试用这款脑电图耳机，有助于在真实环境下对马匹个体行为和认知的研究，在数据集成环境中效果显著，可能是未来更多研究的有力工具。
研究人员在自由活动的马匹身上获取更优质的脑电图数据方面无疑取得了良好的开端。首次试用这款脑电图耳机，有助于在真实环境下对马匹个体行为和认知的研究，在数据集成环境中效果显著，可能是未来更多研究的有力工具。
参考文献
Cousillas, H.; Oger, M.; Rochais, C.; Pettoello, C.; Ménoret, M.; Henry, S.; Hausberger, M. (2017). An ambulatory electroencephalography system for freely moving horses: an innovating approach. Frontiers in Veterinary Science, 4, 57.
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Cousillas, H.; Oger, M.; Rochais, C.; Pettoello, C.; Ménoret, M.; Henry, S.; Hausberger, M. (2017). An ambulatory electroencephalography system for freely moving horses: an innovating approach. Frontiers in Veterinary Science, 4, 57.
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