Molecular Psychiatry | 一湾生命科技同遗传所、先进院揭示基因编辑自闭症家犬瞳孔异常特征

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科研成果速递

2023年10月17日，深圳市一湾生命科技有限公司与中国科学院遗传与发育生物学研究所张永清团队、中国科学院深圳先进技术研究院脑所蔚鹏飞团队以及英国林肯大学郭昆团队，在Molecular Psychiatry（IF：11）上发表了题为“Altered pupil responses to social and non-social stimuli in Shank3 mutant dogs”的文章，成功设计并应用头戴式犬实时瞳孔测量系统，证明了瞳孔测量仪对犬的有效性和价值，并为研究自闭症谱系障碍(ASD)和其他潜在精神疾病的潜在神经机制提供了一个有效的范式。中科院遗传与发育生物学研究所研究员张永清，中科院深圳先进技术研究院研究员蔚鹏飞，英国林肯大学郭昆为共同通讯作者，一湾生命科技CTO黄康博士为第二作者，基于深圳市一湾生命科技有限公司开发的自由移动眼动追踪技术以及BehaviorAtlas EyeTracking眼动追踪系统（点击链接跳转），为该项研究定制开发了犬的头戴式瞳孔测量仪，并提供了软件及算法支持。

视频1 犬瞳孔追踪效果演示

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头戴式犬实时瞳孔测量系统揭示Shank3突变犬在社交和非社交刺激下瞳孔反应异常

瞳孔反应是视觉感知、社会认知和情感认知中的一个重要过程，被广泛用作评估唤醒和情绪状态以及视觉注意和记忆等认知加工的信息参数。但目前在自闭症谱系障碍(ASD)和注意缺陷多动障碍(ADHD)等神经发育障碍动物模型中，很少有关于瞳孔对社会性和非社会性刺激反应的研究。犬是研究社会认知和神经精神疾病(如人类ASD)的有效动物模型，我们开发了一种基于机器学习的强大的头戴式瞳孔测量仪，可以用于犬的实时瞳孔测量；选择携带Shank3突变的基因编辑犬作为实验对象，在人类ASD患者中多次发现其同源基因的突变。

在初步研究中，我们发现短暂的闪光会引起携带Shank3突变的基因编辑犬不太明显且较慢的瞳孔扩张反应；进一步发现，120分贝的爆竹声可以引起Shank3突变犬更强、更长的瞳孔扩张反应，而高奖励食物引起的瞳孔反应比野生型对照犬弱。此外，我们发现Shank3突变体在犬与人互动时瞳孔同步性受损。有关Shank3突变犬瞳孔反应改变的发现可以概括描述ASD患者感觉反应的改变。

因此，我们成功地设计并应用了瞳孔测量法对携带不同Shank3突变的犬模型测试，观察到与人类自闭症患者一致的非典型感觉反应。相信本研究中开发的方法有助于理解ASD异常感觉体验的神经机制，本发现为自闭症的诊断和药物开发提供了潜在的生物标志物。在未来的研究中，瞳孔测量可以与犬的电生理和神经成像分析相结合，以揭示自闭症患者和其他精神病患者非典型感觉反应背后的神经机制。

图1 头戴式犬实时瞳孔测量系统设计

A瞳孔测量仪的关键部件。1.头部贴合框架；2.可调框架；3.眼摄像头；4.弹力带。B佩戴时的瞳孔测量仪。C实时记录瞳孔大小。黑色箭头表示刺激开始。

图2 Shank3突变犬瞳孔对社交性和非社交性刺激的反应变化概况

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致谢

Bayone能够作为作者单位在国际学术期刊上发表文章，得益于张永清、蔚鹏飞，郭昆老师团队成员的严谨、高效的科研素养以及对新技术的前瞻性。目前，BehaviorAtlas^®已经在大小鼠、树鼩、非人灵长类、猪等多种模式动物上，针对自闭症、帕金森症、抑郁症、老年痴呆、脑出血、癌痛等疾病模型以及精神类药物筛选上进行了多种应用。在此，我们由衷地感谢BehaviorAtlas^®的新老用户对我们系统的持续关注和支持。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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