布局生命科学产业链上游工具，一湾生命科技打造AI驱动的生命科学研究新范式｜脑创中心

目前，脑疾病已经成为全人类社会、全世界最大的医疗负担，患者群体庞大。以自闭症为例，据WHO数据，大约每100个儿童中就有一人患自闭症。

但遗憾的是，目前针对脑疾病的药物研发进展缓慢。每年获批的脑疾病创新药的数量增速远不及心血管、肿瘤等疾病。以今年获得FDA批准的新药Leqembi为例，Leqembi是20年来FDA完全批准的首款阿尔茨海默病新药。在此之前，阿尔茨海默症新药研发的失败率高达99.6% ，已有超过几百项临床试验宣告失败，让超6000亿美元的研发投入“打水漂”。

这是由于血液、细胞、组织等生理检测技术发展成熟，心血管、肿瘤等药物在动物实验上的评估结果很容易在人上进行复现。然而由于大脑的复杂性，且动物到人脑之间存在结构和功能的差异性，很多疾病的机制无法直接通过这些常规且单一的生理检测进行评估和诊断。脑疾病的评估和诊断需要跨物种的疾病动物模型的实验，并结合从内部的神经生理到外部的行为表型等多模态数据进行全面的分析评估。

为了加速脑疾病诊疗手段的研发，解决全人类脑疾病的问题，全球相关领域的研究人员都在为此不断地努力，我国也早已将“脑科学与类脑研究”上升为国家战略。

在此背景下，作为深圳市脑科学技术产业创新中心孵化的一家重点企业，生命科学产业链上游的工具提供者——深圳市一湾生命科技有限公司（BAYONE，以下简称：一湾生命科技）围绕生命科学领域形成了两大业务板块：高端科研仪器设备及软件，以及自有实验动物资源，已收获全国近百家客户的认可，并也向美国、德国等海外市场初步拓展了用户群体。

自研AI算法技术驱动下的

新一代神经行为学研究范式

在脑疾病药物研发的链条中，基于动物疾病模型的行为学评估占据很高的研发投入。因此，正确评估动物模型的行为是研发脑疾病药物的关键！例如，自闭症的儿童会表现出社会交往和沟通障碍、兴趣范围狭窄及重复刻板行为特征。这在小鼠、犬类、猴子上都会表现出相应的行为特征。

“动物行为学研究设备发展至今已有几十年的历史，现有许多产品采用的是针对单一物种的视频录像和数字图像处理技术，这种技术很难把上述提到的动物的自闭症状态的行为检测出来。身处第四次工业革命的浪潮中，AI等前沿技术为神经行为学研究带来了新的机遇。对此，一湾生命科技基于 2021 年中国科学院深圳先进技术研究院脑所团队在Nature Communications 上发表的技术，进一步自研了BehaviorAtlas 系列 3D-AI动物行为分析系统，打造了AI+神经行为学产品线BehaviorAtlas®”，一湾生命科技CTO黄康对动脉网介绍道。

具体来说，正在各行各业迅速普及AI能为动物行为学领域带来哪些改变呢？一湾生命科技又是如何用AI为行业深度赋能的呢？

首先，高效、自动化处理和分析大规模数据。动物行为学研究通常需要大量处理和分析动物的信息和视频数据，传统处理方法需要投入大量的人力、物力和财力，而通过AI技术，研究人员可以更加自动化地处理一些动物在实验中的行为特征数据，帮助科研人员提高数据分析的速度和效率。

以一湾生命科技的数据处理软件BehaviorAtlas® Analyzer为例，该软件以动物行为的类语言结构算法模型为核心引擎，可从多视角视频中提取动物多个部位的身体坐标进行三维重建和处理，最终实现对动物行为图谱的构建，提供神经功能、疾病亚型等与行为图谱关联分析的可能性。

其次，提高研究的精度和可靠性。为了研究动物行为机制和行为演化就需要研究者对动物行为进行及时且长时间地观察和记录，但结果可能受到人为误差以及个体差异等因素的影响。而利用AI技术可以通过标准化的机器语言，提高数据处理和分析的精确性和可靠性。

举例来说，一湾生命科技所研发的BehaviorAtlas® EyeTracking小鼠移动式眼动系统，可通过公司的自适应融合算法，在自动收集和处理数据的同时克服光照复杂、动物眼动运动范围大、眨眼增加等噪声问题对分析结果的影响。

最后，发现新的行为模式和机制。AI还可以代替人工从海量数据和视频中挖掘出更深层次的信息，从而帮助研究者更好地理解动物的行为和行为决策背后的机制。

以今年10月在Nature旗下国际精神疾病领域顶级期刊Molecular Psychiatry上发表的一篇文章为例，一湾生命科技与中国科学院遗传与发育生物学研究所张永清团队、中国科学院深圳先进技术研究院脑所蔚鹏飞团队以及英国林肯大学郭昆团队成功设计并应用头戴式犬实时瞳孔测量系统，证明了瞳孔测量仪对犬的有效性和价值，并为研究自闭症谱系障碍和其他潜在精神疾病的潜在神经机制提供了一个有效的范式。

AI为动物行为学研究带来新的变革。为了加速人们对动物行为的理解，推动对动物认知和行为模式的深入研究，一湾生命科技基于计算机三维视觉、深度学习等自研AI核心算法，以及神经科学等交叉学科技术，打造了国际领先的BehaviorAtlas®神经行为学系列产品。

打造高精准、高通量、高效化的

神经行为学系列AI产品

目前，BehaviorAtlas®已有三款产品上市销售，分别是3D-AI动物行为分析系统、EyeTracking小鼠移动式眼动系统和小动物虚拟现实系统。

3D-AI动物行为分析系统是国内首家无标记（Markerless）三维动物姿态捕捉分析系统。该产品体系由三维数据采集设备、数据处理软件BA-Analyzer和数据分析软件BA-Explorer组成，适用于现有行为学研究体系下的多种通用范式，如旷场试验、新物体识别、本能恐惧等。

BehaviorAtlas® 3D-AI动物行为分析系统

三维数据采集设备能在没有任何物理标记的前提下，精准地识别动物身体的多个（16个点以上）部位，全方位无死角地追踪三维骨骼序列，获取动物行为参数，动作采集精度可达毫米级。采集结果可由BA-Analyzer和BA-Explorer进行处理分析，可绘制并导出10多种用于发表和汇报的图表。

此外，3D-AI动物行为分析系统在采集行为数据的同时，还可以兼容在体电生理记录、在体荧光神经成像、眼动追踪、光遗传或药理遗传刺激等常规记录或调控手段，并与行为学进行时间同步。

眼动追踪是了解行为和潜在思维过程的关键技术，可精确表征认知过程和情绪状态。BehaviorAtlas® EyeTracking眼动追踪系统能够在小动物自由移动的情况下，对其瞳孔进行实时数据采集、分析、导出和可视化预览。

BehaviorAtlas® EyeTracking

该系统包含硬件和软件两部分。核心硬件是一款超微型眼动追踪传感器（ETU），重量仅1g，佩戴时不影响动物的自由活动。并且传感器是通过靠埋植在小动物颅骨上重0.1g的定制连接器来进行安装或拆卸，实现了对核心硬件的重复利用，也提高数据采集过程中的设备转换效率。

就软件部分来说，内置的AI瞳孔检测算法可在各种光照及对比下精准识别瞳孔，提取多种眼动指标，如瞳孔位置、瞳孔直径、瞳孔面积、眼跳速度等，为多种神经科学的研究提供眼动方面的精准分析，并生成符合论文标准的可视化图表，包括眼动轨迹图、瞳孔位置热图、事件相关瞳孔变化图、瞳孔对比统计图等，实现了眼动方面的全流程自动化处理。

BehaviorAtlas® EyeTracking眼动可视化界面

一湾生命科技的小动物虚拟现实系统同时兼顾了固定眼动追踪和移动眼动追踪的特性。该系统使用了720°全景屏幕和万向球，可以使小动物在虚拟空间中运动，向其呈现图像互动拟真、因素定量可控的实验环境，缩短实验动物训练周期。

小动物虚拟现实系统

“这些数据采集终端并不是公司智慧解决方案的尽头，一湾生命科技希望能积极参与到各项科研计划中，与客户建立长期稳定的连接，并收集数量更多、覆盖范围更广的行为数据，对其进行深入挖掘和分析。同时，随着数据和科研成果积累，实现科研设备领域的正循环，最终引领行业标准”，黄康博士对动脉网说道。

结语

据国盛证券研究数据，我国科研仪器市场2022年约达580亿元，仪器需求十分旺盛。但目前国内市场的高端科学仪器主要被来自美、英、日的国际巨头所垄断，进口依赖度极强。为了扭转这个现状，政府也通过国家战略、采购政策以及贴息贷款等方式推进国产替代进程。

作为神经行为学智能科学仪器领域的重要创新力量，一湾生命科技组建了一支信息科学和生物科学领域交叉融合团队，成员来自国内外知名院校。

在公司成立3年之际，一湾生命科技荣获国家“高新技术企业”认定，并获批了深圳市重大专项项目“脑疾病智能动物行为分析系统的研发与应用”项目，继续推进AI行为学技术在脑疾病药物研发领域的应用。

谈及未来，黄康博士在采访的最后表示：“一湾生命科技正处于新的一轮融资中，除了加快AI驱动下的软硬件在不同疾病，不同物种神经行为学研究上的应用，丰富产品的应用场景和竞争力，公司也希望在未来通过能自我训练、成长的AI智能体，让科学机制规律的发现不再依赖于少数顶尖科学家的经验，让AI加速科学实验、驱动科学研究，最终造福人类。”

关于深圳市脑科学技术产业创新中心

深圳市脑科学技术产业创新中心（简称“脑创中心”）是深圳市和光明区政府大力支持下建设的专业孵化平台，由深港脑科学创新研究院提供技术支撑和运营管理。脑创中心致力于打造全国首个“拎脑入驻”型专业孵化赋能平台，努力成为服务于全国、辐射全球的脑科学技术产业创新示范高地。脑创中心自2022年10月启动试运行以来，建成“阶段式”孵化、产业空间超22万平方米，已引进近50家企业进驻孵化器与产业园，其中孵化器与招商局脑与类脑智能产业园已满租，入驻企业历史融资总额超10亿元，估值超100亿元，协助入驻企业新增融资金额超2亿元，并成立了全国首个完全由社会资本投资的脑科学与类脑智能领域创投基金，规模1亿元，重点投资脑创中心优质早期项目。

文|季嘉颖

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