基于人工智能（AI）的小鼠面部表情解碼框架可揭示出小鼠存在與人類情緒模型類似的穩定的效價（情緒的正負性）和喚醒度（情緒的強弱程度）維度。

實驗裝置：

紅外光源用于照明，攝像機拍攝小鼠，舔管供小鼠舔舐獲取液體，頭部固定桿固定小鼠頭部，懸浮球讓小鼠可在上面活動，還有電刺激裝置用于給予電刺激。整體呈現了記錄小鼠在不同刺激下行為和面部表情的實驗環境。

不同刺激：

呈現了不同刺激下小鼠的狀態示意圖以及對應的面部頂點幀（Apex Frame）和運動能量（Motion Energy）圖。Baseline（Neutral）是中性基線狀態；

Sucrose（Positive）蔗糖刺激，屬于正性刺激，會引發小鼠愉悅等正性情緒相關的面部表情；

NaCl（Positive）是氯化鈉刺激，同樣為正性刺激，能使小鼠產生正性情緒反應；

Bitterness（Negative）是苦味刺激，屬于負性刺激，會引發小鼠厭惡等負性情緒相關的面部表情；

Electrical Shock（Negative）是電擊刺激，為負性刺激，會讓小鼠產生恐懼等負性情緒反應。

運動能量圖可直觀看到不同刺激下小鼠面部運動等情況的差異，運動能量圖顏色深淺等變化反映運動強度等信息。

面部表情分析流程

標注的單幀圖像（Labled single frames）和單幀圖像（Single frames）分別通過 ResNet18 進行自動特征提取（Automatic feature extraction）并得到面部表情標簽（Facial expression labels），以及通過手動特征提取（Manual feature extraction）得到 HOG 向量（HOG vectors），之后進行相似度比較（Similarity comparison）。通過手動和自動兩種特征提取方式相結合，來評估小鼠的情緒狀態，提高情緒識別的準確性和全面性。

Fig1 小鼠面部表情與情緒關系研究的示意圖

面部表情數據集處理流程

從多只小鼠（Mouse1 到 Mouse10 等）的圖像，經過數據增強（Data Augmentation），包括調整大小（Resize）、旋轉（Rotate）、歸一化（Normalize），然后用于訓練和測試試驗，最終進行情緒分類。

局部面部區域特征像耳朵、嘴、口鼻等區域的特征。例如耳朵的長度、旋轉角度，嘴的傾斜度，口鼻的長度等，這些局部特征對于區分不同的情緒或刺激反應有著重要作用，因為不同的刺激會引發小鼠這些局部面部區域產生特定的運動或形態變化。

其他

眼部特征：

瞳孔大小變化：當小鼠處于不同情緒狀態時，瞳孔大小會發生改變。在受到驚嚇等負性情緒刺激時，瞳孔可能會擴大，以增加視野范圍，幫助小鼠更好地察覺周圍環境中的潛在威脅；而在感到放松、愉悅等正性情緒狀態下，瞳孔可能會相對收縮 。

面部毛發特征：

面部毛發的豎立或平順狀態：小鼠在面臨負性刺激，如遇到天敵氣味等引發恐懼情緒時，面部毛發可能會部分豎立，以此來增加自身的外觀體積，試圖威懾潛在威脅。而在正性情緒或放松狀態下，面部毛發則保持平順。

毛發的光澤度：雖然較難直接觀察，但長期處于不良情緒狀態下的小鼠，可能會因為內分泌等生理變化，導致毛發的光澤度下降；而處于舒適、愉悅等正性情緒下，小鼠的毛發可能更具光澤 。

鼻部特征：

鼻部的細微顫動：這可能與小鼠對環境氣味的感知和情緒反應相關。當遇到感興趣的氣味，處于好奇、愉悅等正性情緒時，鼻部顫動可能會較為頻繁和有規律；而在面對厭惡氣味等負性刺激時，鼻部顫動可能會變得急促或不規律。

致幻劑注射小鼠面部表情解析示例

致幻劑注射時，小鼠的面部表情與小鼠的 “內心世界”以及人類對其情緒狀態的解讀之間的關聯

目的：評估藥物誘導下小鼠情緒性面部表情的變異性。

通過設定從腹腔注射前 20 分鐘到注射后 30 分鐘的實驗時間線，記錄并分析不同藥物（乙醇、氯化鋰（LiCl）、致幻劑 DOM 以及生理鹽水作為對照）注射后小鼠面部表情的變化情況。

基于面部表情與正負性情緒原型的相似度量化藥物誘導的面部表情在效價（情緒的正負性）方面的差異，確定不同藥物對小鼠情緒的影響，例如乙醇是否誘導正性情緒相關的面部表情，氯化鋰是否誘導負性情緒相關的面部表情，致幻劑 DOM 對小鼠情緒又有怎樣的動態影響。

從面部表情的角度，探究藥物作用下小鼠內部情緒狀態的變化，為理解藥物對情緒的調控機制以及后續相關情緒研究提供依據。

總結

經藥物操作驗證，面部表情是小鼠正負性情緒反應的可靠指標；通過自動多關鍵點追蹤識別出在相同情緒效價內一致的面部運動模式，尤其是耳朵的動態變化，成為區分細微情緒差別的關鍵且敏感的標志。這些發現建立了一個精準、高時間分辨率的平臺用于客觀解碼小鼠的情緒狀態推進了對情緒處理機制的理解，并為調節情緒的療法研發提供了參考。

不同藥物誘導小鼠情緒性面部表情的特點和規律，可以為篩選和評估具有情緒調節作用的藥物提供一種客觀、可量化的方法。建立基于小鼠面部表情分析評估藥物對情緒影響的實驗范式和方法可為后續相關研究提供了標準化的流程和參考，使得在動物模型中研究情緒相關問題更加科學、準確，有利于提高動物模型在模擬人類情緒障礙等方面的應用價值。

文獻引用：

Chen Y, Hou R, Chen Z, Lu J, Chen S, Xiong S, Feng J, Robbins TW, Yan H, Xiao X. Cracking the Valence Code: Patterned Facial Kinematics and Neural Signatures of Emotional Expressions in Mice. Adv Sci (Weinh). 2025 Aug 20:e17156. doi: 10.1002/advs.202417156. Epub ahead of print. PMID: 40832811.

歡迎轉發分享