神经行为学（Neuroethology）是一个结合了神经科学与动物行为学的交叉学科，主要研究神经系统如何控制行为，以及行为如何反过来影响神经系统的功能。其核心目标在于理解神经系统如何将生物刺激转化为自然行为，自然行为由一系列动作构成，这些动作根据特定规则以概率方式组合，使得两性个体能够在不同条件下输出恰当的行为，从而维持个体生存、促进物种繁衍。有效分析和量化具有多尺度和复杂动态特征的自然行为，对于理解两性行为差异背后的生物学意义、解析驱动这些行为产生的性别差异性神经机制，进而理解不同物种在进化过程中行为的演变规律，具有重要的科学意义和潜在的应用价值。近年来，行为组学理论的形成和发展旨在以层级化的思路解析行为的内在结构。同时，机器学习算法在定量姿势估计和行为分割方面的进展，也推动了将连续行为分解为可量化的动作模块的进程。然而，缺乏通用的行为学分析框架，仍是将行为组学理论应用于神经行为学、应激神经生物学、系统生物学、药效学评价等领域进行具体行为分析的重要障碍。

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2月1日，中国科学院深圳先进技术研究院（简称“深圳先进院”）脑认知与脑疾病研究所（简称“脑所”）、深港脑科学创新研究院王枫研究员团队与王立平研究员团队合作在Cell Reports在线发表题为“Hierarchical behavioral analysis framework as a platform for standardized quantitative identification of behaviors”的研究论文，利用应激神经生物学研究中广泛使用的简单易行的自发行为范式，开发了层级化行为分析框架（Hierarchical Behavioral Analysis Framework,HBAF），提供了一个通用、标准、快速，以及分层定量的方式开展两性神经行为学研究的方法。

图1. HBAF工作流程图

自发行为是在无主观意图或外部刺激的情况下发生的行为，对维持健康和调节躯体至关重要。自发行为学实验由动物本身而非实验者来主导，易操作的同时还能更准确地反映动物的内部状态。自发行为的变化可以反应个体内部状态的偏差，这些偏差可能与潜在健康问题有关，如疼痛和毒素暴露、癫痫发作间期、中风恢复和自闭症以及急性应激等。为了建立一个易于理解和解释的行为分析框架，我们从自发行为的姿势动力学、动作与动作集的时空特征及其内在组织逻辑层面系统刻画了两性小鼠自发行为的特征。研究结果表明，在不同情绪状态、昼夜节律和光照条件下，两性小鼠的自发行为表现出不同的特征。这些特征由不同内外因素驱动，最终形成了差异性的行为模式。其中，嗅探是不同条件下自发行为动作转换的枢纽节点，计算嗅探与梳理的比例能高通量的准确区分自发行为状态。HBAF为深入开展行为学研究提供了一个高效的平台，通过提供全面的分层行为数据，在行为结构理论知识与实际分析之间架起了一座桥梁，还将为生物学、药理学、医学以及相关学科领域研究中的动物行为实验分析和结果解读提供全新的技术手段。

图2. 研究发现示意图

深圳先进院脑所研究助理叶家霖（王枫团队）为该论文第一作者（目前已赴比利时鲁汶大学攻读神经生物学博士学位），深圳先进院脑所王枫研究员、王立平研究员为该论文的共同通讯作者，深圳先进院为论文的第一单位。该研究得到了Helmut Kettenmann教授、赵伟教授、韩明虎教授、鲁白教授、胡霁教授、任超然教授的宝贵建议，并得到了科技创新2030-“脑科学与类脑研究”青年科学家项目、国家自然科学基金面上项目及深圳市基础研究重点项目的资助。