精神分裂症和双相情感障碍是严重的精神疾病，遗传因素贡献高达 60%-80%。AKAP11 是近年发现的大效应风险基因，但其致病机制尚不明确。
哈佛大学布罗德研究所 Morgan Sheng 团队与 Adam Granger 团队在 Nature Communications 发表研究，采用自动化家笼活动监测系统 （DVC） 和基于 3D 深度视频的无监督机器学习 （Motion Sequencing，MoSeq），发现 Akap11 突变小鼠存在自发活动减少、行为音节使用异常、运动速度谱改变、恐惧记忆巩固受损及泛化等精细行为缺陷，为精神疾病的遗传机制研究提供了重要动物模型。
足以可见，3D 精细行为智能解析已成为精神疾病基因机制研究的前沿标配。上述研究中使用的自动化家笼监测系统和 MoSeq 行为音节分析均为开源或公开算法，需要使用者具备一定的编程和数据处理能力。而一湾生命科技自研 3D-AI 精细行为学分析系统，不需要使用者具备任何编程能力，且同样可精准捕捉精神疾病模型动物的细微行为表型，助力相关机制研究与新药研发。
精神分裂症和双相障碍，真的和基因密切相关吗？答案是肯定的。近年大规模外显子测序发现，AKAP11 基因的功能缺失突变可将患病风险提高 3-50 倍。但这个基因在大脑中究竟做了什么？它的缺失如何导致行为异常？
2025 年，哈佛大学布罗德研究所 Morgan Sheng 团队与 Adam Granger 团队在 Nature Communications 发表研究，利用 Akap11 基因敲除小鼠，重点通过自动化家笼长期监测和 MoSeq 无监督行为音节分析，揭示了突变小鼠在自发活动、行为结构、学习记忆等方面的精细行为表型。
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自动化家笼监测揭示：Akap11 突变小鼠自发活动减少，呈基因剂量依赖性
研究者首先使用自动化家笼活动监测系统（Digital Ventilated Cages） 对 Akap11+/- 、Akap11-/- 和野生型（Wild-type，WT）同窝对照组从 4 周龄至 16 周龄进行连续、无干扰的活动记录（图 1a）。系统通过笼底电容传感器实时检测动物移动。
结果显示（图 1b-c）：Akap11-/- 小鼠在夜间（活跃期）和白天（静息期）的活动水平均显著低于野生型，呈基因剂量依赖性；这种活动减少在 4 周龄即已出现，持续至 12 周龄，说明是早期发育即存在的稳定表型。当在笼内引入跑轮时，Akap11-/- 小鼠的跑轮使用距离也显著降低（图 1d），进一步证实其自发运动动机或能力下降。对该精细行为学解读：传统旷场实验仅能捕捉短时程活动，而自动化家笼监测可连续数周记录自然状态下的昼夜节律和自发活动，避免了人为干预带来的应激干扰。
图 1. Akap11 突变小鼠运动能力下降
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MoSeq 行为音节分析：行为结构紊乱，探索行为减少、停顿增多
为了在亚秒级尺度解析行为结构，研究者采用一种基于 3D 深度视频的无监督机器学习方法 MoSeq，将小鼠连续行为自动分解为 51 个重复出现的“行为音节” （syllables） ，并计算使用频率、速度特征及转换概率（图 2e-h）。主要发现包括：音节使用频率异常（图 2e），Akap11-/- 小鼠中 26/51 个音节的使用频率与野生型显著差异 （FDR<0.1），其中下调音节主要属于“站立/攀爬” （rearing） 和“梳理”（grooming），上调音节主要属于“停顿” （pausing） ；运动速度谱改变（图 2f），高速度音节使用比例显著降低而低速度音节比例升高；以及音节转换概率异常（图 2g），行为序列的组织结构发生系统性紊乱，多条转换路径上调或下调。解读可知， Akap11 突变小鼠不仅“动得少”，而且“动的模式”也变了——探索行为减少，停顿增多，行为之间的切换模式异常，这类精细表型对精神疾病模型的行为鉴定具有极高灵敏度。
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其他行为表型：抑郁样行为与应激诱导的快感缺乏
研究还发现（图 2f-g）：强迫游泳试验中，Akap11 突变小鼠不动时间显著增加（基因剂量依赖性），提示抑郁样行为。蔗糖偏好试验：在未经应激的 “naive” 状态下，突变小鼠与野生型无差异；但在先经历强迫游泳应激后，Akap11 突变小鼠表现出蔗糖偏好显著降低，即应激诱导的快感缺乏 （anhedonia） 。这一模式提示：Akap11 突变可能降低了对应激的韧性，使得原本潜在的行为异常在应激后显现。这与精神疾病的“应激-易感性”模型高度吻合。
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总结
本研究通过自动化家笼长期监测和 MoSeq 无监督行为音节分析，结合经典的认知和情绪行为范式，全面揭示了 Akap11 基因敲除小鼠的行为表型：
- 自发活动减少，昼夜节律异常
- 行为音节使用紊乱，高速度运动减少，停顿增多
- 行为序列转换概率异常，反映神经动力学改变
- 恐惧记忆巩固受损，且出现记忆泛化
- 应激诱导的抑郁样和快感缺乏行为
这些发现不仅为精神分裂症和双相障碍的遗传机制提供了重要动物模型，也展示了精细行为分析在精神疾病研究中的核心价值。
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BayOne 产品介绍
上述研究中使用的自动化家笼监测系统（DVC）和 MoSeq 行为音节分析（基于 Kinect 相机+开源算法）均为开源或公开算法，需要使用者具备一定的编程和数据处理能力。而一湾生命科技也拥有自主研发的 BehaviorAtlas 3D-AI 小鼠精细行为分析系统，同样能够支持上述高精度行为学研究，并提供更便捷、一体化、本土化的解决方案。
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参考文献
Song BJ, Ge Y, Nicolella A, et al. Elevated synaptic PKA activity and abnormal striatal dopamine signaling in Akap11 mutant mice, a genetic model of schizophrenia and bipolar disorder. Nat Commun. 2025 Nov 28;16(1):10793. doi: 10.1038/s41467-025-66504-2.