自闭症谱系障碍（ASD）患者常表现出异常的嗅觉加工，但其与核心社交障碍的因果关系尚不清楚。 空军军医大学武胜昔、蔡国洪团队在 Neuroscience Bulletin 发表研究，采用一湾生命科技 BehaviorAtlas 3D-AI 小鼠行为分析系统，对 Shank3-/- 基因敲除 ASD 模型小鼠进行精细行为学解码。首次将行为学、全脑功能连接与 c-Fos 激活图谱整合，揭示了 ASD 模型小鼠 “感觉-情感解耦联” 的神经基础。
自闭症谱系障碍（ASD）是一种高度异质的神经发育疾病，其核心症状包括社交障碍和重复刻板行为。近年来，越来越多的证据表明，ASD 患者普遍存在感觉加工异常，其中嗅觉功能异常尤为突出。然而，嗅觉缺陷究竟是 ASD 的伴发症状，还是驱动社交障碍的源头？Shank3 基因突变是 ASD 的经典单基因病因，但其嗅觉功能尚未被系统解析。
2026 年 6 月 4 日，空军军医大学武胜昔、蔡国洪团队在 Neuroscience Bulletin 发表研究，整合三箱社交测试、超声发声（USV）记录、3D 行为分析及全脑 c-Fos 图谱，对 Shank3-/- 小鼠的嗅觉加工进行了系统评估。实验分组为：野生型（WT） 和 Shank3-/- 小鼠 ，分别暴露于四种气味条件：背景气味（对照）、中性气味 IAAC、愉悦气味 PB、社会信息素 TMA。
01 嗅觉驱动社交行为在 WT 和 Shank3-/- 小鼠中均起关键作用
研究者首先使用经典三箱社交测试和气味三箱测试（将活体小鼠替换为带有社交气味的容器）比较了 WT 和 Shank3-/- 小鼠的行为。结果显示，WT 小鼠在社交对象和社交气味两种条件下均表现出显著的社交偏好和社交新奇偏好，且两种方法的偏好指数高度一致（Bland-Altman 分析），证实嗅觉是驱动 WT 小鼠社交行为的主导感觉模态（图 1B-K）。 Shank3-/- 小鼠在社交对象测试中表现出社交障碍，且对熟悉个体表现出异常偏好（图 1L-N）。然而，当使用社交气味替代活体对象时， Shank3-/- 小鼠仍然表现出相似的模式，且气味与活体测试同样等效（图 1O-U）。这表明， Shank3-/- 小鼠的社交缺陷同样受嗅觉驱动，而非仅仅是对活体对象的反应异常。
02 异性社交超声发声显示 Shank3-/- 小鼠语法复杂度降低
为评估异性社交，研究者将 WT 或 Shank3-/- 雄鼠暴露于活体发情期雌鼠或雌鼠气味中，记录雄鼠的 USV。在 WT 雄鼠中，活体雌鼠和雌鼠气味均能有效诱发 USV，但气味诱发的叫声数量显著低于活体（图 2B）。两者在叫声时长、主频、平均功率等参数上无显著差异（图 2C-F），且都能发出 9 种超声类型，语法复杂度相当（图 2G-H）。在 Shank3-/- 雄鼠中，活体雌鼠诱发的 USV 数量也高于气味刺激（图 2I），叫声参数与 WT 相似（图 2J-M），但语法复杂度显著降低（图 2N）。更关键的是，雌鼠气味仅能诱发 Shank3-/- 雄鼠发出单一超声类型（图 2O）。这说明， Shank3-/- 小鼠保留了基础的异性嗅觉检测能力，但高阶的社交交流语法已受损。
03 Shank3-/- 小鼠偏好愉悦气味的能力受损
研究者进一步评估基础嗅觉功能。嗅觉阈值测试显示，WT 和 Shank3-/- 均能检测到 1:400 稀释的中性气味乙酸异戊酯（IAAC）（图 3B）。习惯化-去习惯化测试表明，两组均能区分熟悉和陌生的社会气味（图 3C）。然而， Shank3-/- 小鼠的社会气味偏好指数和新奇偏好指数显著低于 WT（图 3D-E）。广谱气味偏好测试发现， Shank3-/- 小鼠对中性气味（IAAC、苯甲醛）和厌恶气味（2MBA、IAMM、PEA）的偏好与 WT 无差异，但对愉悦气味（三甲胺 TMA、2-庚酮、花生酱 PB）的偏好指数显著下降（图 3F）。这表明， Shank3-/- 小鼠的核心缺陷在于 “气味效价加工” ，即对愉悦气味失去正常偏好，而非基础嗅觉感知或辨别能力受损。
9.4T 静息态 fMRI 分析发现， Shank3-/- 小鼠多个脑区的局部一致性（ReHo）异常，尤其是嗅觉脑区（嗅球 OB、前嗅核 AON、梨状皮层 PIR、眶额皮层 OC 和运动皮层 M1 出现显著增强的神经同步性（图 3G）。功能连接分析进一步显示，OB-OC 和 OB-M1 的连接强度在 Shank3-/- 小鼠中显著升高（图 3H-L）。这种“感觉-运动”超连接可能是嗅觉偏好异常和气味诱发的运动抑制的神经基础。
04 全脑 c-Fos 图谱揭示 Shank3-/- 小鼠对愉悦气味和社会信息素的气味依赖性激活异常
研究者对 115 个脑区进行定量 c-Fos 细胞计数。在背景气味和 IAAC 刺激下，Shank3-/- 小鼠的等皮层、嗅觉区、海马区等出现过度激活，而纹状体、丘脑核团激活不足（图 4）。
在 PB 刺激下， Shank3-/- 小鼠的等皮层、嗅觉区、海马区等同样出现过度激活，而纹状体、丘脑核团激活不足的情况（图 5A-D）。然而，当暴露于社会信息素 TMA 时， Shank3-/- 小鼠的等皮层、嗅觉区、海马区激活反而低于 WT，而纹状体（尾壳核 CPu、伏隔核 NAc、嗅结节 OT）、内侧杏仁核 MEA 等区域出现异常过度激活（图 5E-H）。这一结果揭示，Shank3-/- 小鼠的神经反应模式具有气味依赖性：对中性/愉悦气味呈现“皮层过激活、纹状体低激活”，而对社会信息素呈现“皮层低激活、纹状体过激活”，即表现为“感觉-情感解耦联”。
05 一湾生命科技 BehaviorAtlas 3D-AI 小鼠行为分析系统揭示气味诱导的运动抑制与刻板行为
研究者利用一湾生命科技 BehaviorAtlas 3D-AI 小鼠行为分析系统（4 台 Intel RealSense D435 相机同步采集，DeepLabCut 追踪 16 个身体点，3D 骨架重建与无监督行为聚类），在背景气味、IAAC、PB 和 TMA 刺激下记录了 WT 和 Shank3-/- 小鼠的运动（图 6A-B）。3D 运动聚类显示，两组在不同气味下的运动模式明显分离（图 6C）。WT 小鼠在四种气味下各身体点的运动速度和活动强度无显著差异（图 6D）。相反， Shank3-/- 小鼠在 IAAC、PB 和 TMA 刺激下，多个身体点的运动速度均显著降低（图 6E-J），3D 聚类能有效区分两组（图 6G-M）。
进一步将 26 种行为亚型聚类为嗅探、探究、防御、自主、静止/刻板五类（图 7A-D）。在背景气味下， Shank3-/- 小鼠已表现出静止/刻板行为增多（图 7E-G）。IAAC 和 PB 刺激下， Shank3-/- 小鼠嗅探行为减少、自主运动和防御行为减少、静止/刻板行为进一步增加（图 7H-M）。TMA 刺激下，探究和自主行为减少，静止/刻板行为增加（图 7N-P）。这表明， Shank3-/- 小鼠在气味刺激下出现广泛运动抑制和刻板行为，且这种异常具有气味特异性。
06 总结
本研究通过一湾生命科技 BehaviorAtlas 3D-AI 行为分析系统，结合多模态神经成像，首次系统阐明了 Shank3-/- 小鼠的嗅觉加工异常：基础嗅觉检测正常，但愉悦气味和社会气味的偏好性处理受损。在神经层面， Shank3-/- 小鼠表现出“嗅觉-运动超连接”以及气味依赖性的“皮层-纹状体激活逆转”。在行为层面，不同气味刺激均诱发 Shank3-/- 小鼠的运动抑制和刻板行为，其中愉悦气味触发静止/刻板模式，社会信息素则导致调查行为崩溃。这些发现揭示了 ASD 模型小鼠 “感觉-情感解耦联” 的环路机制，为基于嗅觉通路的感觉统合治疗提供了理论依据。
07 BayOne 助力科研
值得一提的是，该研究论文使用了一湾生命科技（BAYONE）的 BehaviorAtlas 3D-AI 动物行为分析系统并引用了一湾的原创技术论文，展现了精细行为分析在神经科学研究中的巨大价值。通过更高维、更精准的行为学评估，研究人员能够更加深入地解析神经环路与复杂情绪行为之间的动态关系，为脑科学研究带来新的突破方向。
BehaviorAtlas 3D-AI 动物行为分析系统是国内首家 3D-AI 精细行为学分析系统，可以在三维层面分析动物的精细行为；追踪 16+个身体点，实现行为全面量化；提取 40+种行为亚型，包括嗅探、梳理、跳跃等行为；计算 100+种参数，捕捉动物行为的每一个细节；输出专业级可视化图表，满足 SCI 论文发表要求。 目前，BehaviorAtlas 3D-AI 动物行为分析系统已经在大、小鼠、非人灵长类动物、犬类等模式动物上，针对自闭症、帕金森症、抑郁症、脑出血等疾病模型以及精神类药物筛选上进行了多种应用。在此，我们也感谢 BehaviorAtlas 的用户对我们系统的关注和支持，希望 BehaviorAtlas 能够帮助更多的科研人员去解答生命科学中的难题。
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参考文献：
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Yang D, Liu Q, Ran H, et al. Olfactory Valence-Processing Deficits and Aberrant Brain Network Connectivity Underlie Social Dysfunction in Shank3(-/-) ASD Model Mice. Neurosci Bull. Published online June 4, 2026. doi:10.1007/s12264-026-01648-9