大小鼠转轮节律监测系统能否揭示跑轮活动与能量消耗的时序关系？

大小鼠转轮节律监测系统是由动物自发运动来推动跑轮，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。适合动物生理节律、循环律动、摄食、营养、肥胖、糖尿病、心血管等与代谢相关性的研究，可选装隔音箱，程序化照明系统，视频监控系统，呼吸熵模块等。

跑轮节律监测系统的核心优势（提供活动的高精度时序数据）：

准确的活动起始与停止时间： 系统能记录每次跑轮运动开始和结束的准确时间戳（准确到毫秒级）。

活动强度（速度/距离）的连续记录： 持续记录跑轮的转速、运行距离、甚至方向切换（如之前讨论的，如果系统配置了双通道编码器），形成高时间分辨率的活动强度时间序列。

活动节律模式： 通过长时间（数天到数周）的监测，系统可以清晰地描绘出动物的昼夜节律、超昼夜节律（如活动/休息周期）模式，包括活动高峰和低谷的具体时间点、持续时间和强度。

事件检测： 如前所述，它可以检测到方向切换等精细行为事件的时序。

跑轮活动与能量消耗的关系（需要额外测量）：

跑轮运动本身是一种显著的体力活动，会立即并显著地增加能量消耗（主要是肌肉做功、产热）。

能量消耗的测量通常需要额外的专门设备和技术，例如：

间接测热法（代谢笼）： 这是常用的方法。通过测量动物的氧气消耗量（VO₂）、二氧化碳产生量（VCO₂）和呼吸交换率（RER），可以准确计算出能量消耗速率。关键点在于，代谢笼系统也能提供带时间戳的气体交换数据。

体温监测： 核心体温或皮下/表皮温度的变化（通过植入式或表皮传感器）是能量代谢和产热活动的良好指标，也具有时间序列特性。

活动传感器辅助推断： 虽然不如直接测热法准确，但在没有代谢笼的情况下，高精度的跑轮活动数据（尤其是高强度活动）本身可以作为能量消耗的一个强相关代理指标。

如何揭示时序关系（整合数据是关键）：

时间同步是基础： 要将跑轮活动数据（时间戳、速度、距离）与能量消耗数据（如VO₂、体温）进行关联分析，两个系统的时间戳准确同步（使用同一时钟源或后期对齐）。

分析策略：

时间序列对齐与可视化： 将活动强度（如跑轮转速）和能量消耗指标（如VO₂）的时间序列并排或叠加绘制在同一时间轴上，可以直观地观察活动爆发是否与能量消耗峰值在时间上同步发生或存在延迟。

相关性分析： 计算活动强度与能量消耗指标在不同时间滞后点的相关系数（交叉相关分析）。这能揭示活动是否先于能量消耗（例如，活动开始后多久能量消耗达到峰值），或者两者是否高度同步。可以分析这种关系在一天中的不同时段（如活跃期vs休息期）是否一致。

事件相关分析： 将特定的跑轮活动事件（如一次高强度的奔跑开始、一次方向切换后的加速）作为时间零点，分析事件前后能量消耗指标的平均变化轨迹（事件相关时程分析）。这能准确揭示特定活动事件对能量消耗的动态影响。

节律分析： 分别分析活动节律（通过跑轮数据）和能量消耗节律（通过代谢数据）的相位（高峰时间）、振幅、周期等参数，比较它们是否同步（同相位）或存在相位差（如活动高峰是否早于代谢高峰）。这揭示了在昼夜节律尺度上的关系。

跑轮数据的细化： 如前所述，如果跑轮系统记录了方向切换，可以分析方向切换频率或模式变化是否与能量消耗的变化模式相关（例如，频繁转向是否对应更高的能耗率）。

跑轮系统的价值（相较于其他活动监测）：

量化活动强度： 跑轮提供的速度、距离数据是连续且量化的活动强度指标，比笼内一般活动（如红外光束打断、跑球位移）更能准确反映运动的做功水平，从而与能量消耗的关联更直接、更强。

自发自愿活动： 反映的是动物自然驱动的活动行为及其能量消耗，避免了被动跑轮强迫运动带来的应激干扰。

高时间分辨率：系统的时间分辨率高，能捕捉瞬时的活动变化及其生理响应。