小鼠主动跑轮系统

小动物主动跑轮系统是由动物本身自发运动来推动跑轮转动。在这种构型中，笼内动物长期活动的信息，如跑轮转动方向、转数、累计总行程等，能够使用编码器进行长度计记录。此装置由转轮组件、笼体、以及转动方向速度传感器组成，该仪器是研究动物生活节律实验工具。也可选配投食器，进行运动奖赏实验等。

以下是详细分析：

硬件能力是基础：

单通道编码器： 只能检测转动角度和速度（通过脉冲频率），但无法区分方向。它只能告诉你轮子在转，转得多快，转了多少圈，但不知道是顺时针还是逆时针。

双通道正交编码器： 这是检测方向的关键。它有两个输出通道（通常称为 A 相和 B 相），它们的脉冲信号存在 90 度的相位差。通过检测哪个通道的信号在前，系统可以准确地判断跑轮是顺时针转还是逆时针转。

数据采集软件是关键：

即使硬件（双通道编码器）具备了检测方向的能力，软件也被配置为记录这些信息。软件需要：

实时读取并解析 A/B 两相信号，判断当前转动方向。

记录方向切换事件（即方向发生改变的时刻）。

记录每次方向切换的时间戳（时序）。

可能还需要计算一段时间内方向切换的次数（频率）或统计切换间隔。

常见记录的数据类型：

基本系统： 通常记录总转数、运行时间、平均速度、峰值速度、运行距离等。这些数据通常不包含方向信息（除非方向是固定的，但主动跑轮小鼠常会改变方向）。

具备方向检测能力的系统：

原始角度/位置时间序列： 这是基础也全面的数据。系统会持续记录跑轮的角度位置（或相对位移）与准确时间戳。从这个原始数据中，可以推导出：

当前转动方向（角度是增加还是减少）。

方向切换的时刻（时序）：当角度变化的导数（速度）符号改变时（从正变负或从负变正），就发生了一次方向切换。

方向切换的频率：通过统计单位时间内的方向切换次数（符号变化次数）即可得到。

方向标志时间序列： 软件直接记录每个采样点或每个事件（如每个编码器脉冲）对应的方向（例如，+1 代表顺时针，-1 代表逆时针）。从这个数据同样可以很容易地提取切换时序和频率。

方向切换事件日志： 软件专门检测方向切换的瞬间，并记录下切换发生的确切时间戳。这个日志文件直接包含了方向切换的时序，统计这个日志就能得到切换频率。

为什么方向切换数据很重要？

行为学研究： 方向切换的频率和模式是研究小鼠自发运动行为、探索行为、刻板行为、运动协调性、决策（选择转向）以及运动学习的重要指标。例如，焦虑模型小鼠或某些神经类病症模型小鼠的方向切换模式可能与正常小鼠不同。

神经科学研究： 在光遗传学、化学遗传学或电生理实验中，研究人员需要主播确知道行为事件（如方向切换）发生的时刻，以便分析这些事件与神经活动（如特定的神经元的放电）之间的因果关系或相关性。