产品列表PRODUCTS LIST

首页 > 技术与支持 > 动物行为实验设计之初,如何选择特定表型的不同行为测试范式?
动物行为实验设计之初,如何选择特定表型的不同行为测试范式?
点击次数:185 发布时间:2021-06-16

在过去的十年中,神经行为领域经历了大量新的行为任务,这些任务针对许多实验动物中庞大而复杂的行为表型网络。从大鼠和小鼠到甚至斑马鱼,可用行为任务的数量正在迅速增加,以努力清楚地描绘每个物种的行为曲目。这个不断扩大的行为协议列表很容易使设计实验和选择适当任务的过程变得复杂和混乱。

实验室啮齿动物表现出非常多样化的行为,是行为神经科学研究中*常用的动物模型之一。他们行为的多样性反映在可用任务的多样性上。一些任务唤起和测量特定行为,而其他任务仅涉及对自发表达行为的观察。一些测试旨在专门检查特定的表型,而其他测试仅涉及对一系列行为的观察。

鉴于所有这些,实验室啮齿动物可以进行各种各样的行为测试,从基本运动和感觉功能的测试到与认知和情绪相关的更复杂行为的分析。

研究的表型类别
行为测试可以根据它们关注的表型进行划分,从而创建四大类测试:基本运动和感觉功能、焦虑、学习和记忆、社会行为和奖励。
运动和感觉功能
    有许多测试侧重于实验动物的运动和感觉能力;他们的目的是验证动物的正常运动和感觉。它们在共济失调和不对称脑功能的动物模型中是bi不可少的,而且也是接触zhi疗药wu后恢复的指标。
    一些运动功能测试是运动活动、旋转棒、横梁行走和握力测试。Rotarod 测量运动协调和平衡,通常在早期开发过程中用于筛选新药,以了解对运动协调可能产生的副作用。请记住,动物会通过运动学习的重复测试来改善。
    横梁行走是另一项侧重于动物运动协调和平衡的测试,通常用于模拟神经退行性**和神经功能障碍。当需要检测精细运动缺陷时,它应该是优选。
握力是评估动物神经肌肉功能的简单测试。握力的任何变化都可能是运动神经毒性的迹象。虽然它可以准确地筛查神经行为毒性,但结果可能会受到体重的影响。作为一个优势,对于大多数运动和感官测试,不需要培训。然而,它们中的大多数都需要自动化设备和软件来进行视频分析。
     可以使用简单的测试(例如嗅觉测试)和通常用于其他表型的测试来测试动物的感觉功能。例如,莫里斯水迷宫和提示恐惧条件反射分别依赖于完整的视觉和听觉系统。此外,尽管前脉冲抑制和声学惊吓反应通常用于测试焦虑,但它们基于对大声听觉刺激的反射性反应。这两项测试可以清楚地检测听觉方面的任何缺陷,但要做到这一点,它们需要复杂的设备来呈现刺激和记录反应。人们应该考虑到它们几乎不需要对动物进行训练,并允许对相同的动物进行重新测试。
焦虑
    有很多任务专注于动物的焦虑和情绪。鉴于无法直接测量焦虑,这些测试量化了随着动物或多或少焦虑而改变的特定行为。焦虑样行为主要结合动物在不同新环境中的探索行为进行研究。这可以解释开放场测试在焦虑相关研究中的流行。鉴于此任务会生成大量数据,因此需要使用自动化行为分析系统。另一个需要考虑的因素是露天试验容易适应,因此每只动物应该只接触一次这项任务。
    此类别中的其他测试是高架十字迷宫、明/暗探索、Vogel 饮水冲突测试、埋藏测试、强迫游泳测试、前脉冲抑制(主要用于研究精神分裂症)和声学惊吓反应。高架十字迷宫是评估啮齿动物焦虑样行为的流行测试,尤其是当需要进行评估以筛选潜在的抗焦虑剂时。尽管如此,请记住某些因素,例如动物的年龄、对实验者的熟悉程度和照明条件会严重影响这项任务的结果。

      尽管所有这些测试似乎都在衡量同一件事,但评估的行为之间存在重大差异。Vogel 饮水冲突测试基于这样一种假设,即焦虑主要在必须接近厌恶情况时发展。埋葬测试侧重于动物对威胁物体的防御行为。这是一项通常用于检查衰老对情绪影响的测试,也用于检查潜在抗焦虑剂的影响。在调查动物面对强烈压力情况的应对策略时,应使用强迫游泳测试。前脉冲抑制和声学惊吓反应构成了研究刺激反应神经可塑性的任务。它们被认为是研究动物反应回路中病变或药理操作影响的重要神经行为工具。*后,使用明/暗探索任务来研究各种药理操作对无条件焦虑反应的影响。这是一项不需要任何先前培训的测试,但是,围绕它存在一些争议。根据动物的应变、年龄和体重,结果通常会呈现严重的变异性。
    专注于焦虑的任务基本上属于更广泛的情绪类别。通过强迫游泳和悬尾测试研究抑郁样行为,这两种测试都将不动视为行为绝望的衡量标准。
学习与记忆
    在开发出操纵遗传物质和产生靶向突变的方法之后,实验室啮齿动物在学习和记忆研究中的长期使用已经复苏。该领域的认知测试清单庞大而多样。一些测试需要刺激老鼠寻找某种积极奖励的食欲动机,而另一些测试则施加厌恶刺激,导致疼痛或痛苦,并促进逃避或避免它们的尝试。
所有这些不同的任务研究不同的神经生物学机制。基于不同的神经系统构成记忆过程的事实,不同的认知任务被设计为专注于每个不同的神经系统。记忆过程至少涉及五种不同的神经系统:
海马
杏仁核
背侧纹状体
鼻皮质
小脑
前额叶皮层
适当测试的选择将取决于实验员想要调查的特定系统。
更具体地说,海马功能通常通过空间学习测试进行检查,例如Morris水迷宫和八臂迷宫。但是,您应该记住,Morris 水迷宫中包含的学习过程也同样依赖于杏仁核,因为这是一个很容易引发焦虑和恐慌情绪的过程。此外,可以通过重新学习过程来研究海马体的形成。
假设杏仁核对于情绪记忆的形成是bi不可少的,它在学习和记忆中的作用是通过条件恐惧反应的测试来研究的。恐惧条件反射被广泛用于研究厌恶记忆的巩固和消失的细胞和分子相关性。检查杏仁核含义的测试是回避测试; 通过被动回避或主动回避条件来实现。被动回避任务需要的训练试验次数非常有限,甚至从**次试验开始,就获得了被动回避。这使得定义记忆获取的时间点成为可能,如果您想进行基因和蛋白质表达分析,这可能很有价值。相反,主动回避任务更费力,需要反复训练。它们常用于研究沙鼠的分类学习。
    操作性条件反射任务,如cued win-stay放射状迷宫,研究背侧纹状体在刺激反应习惯学习中对记忆和学习的参与。
鼻皮层的参与可以通过物体识别实验来测试。识别任务要简单得多,因为它们不需要强化和训练期。它们可以在同一只动物上重复进行,因为它们对受试者的压力较小。
     小脑参与眼睑调节以及运动学习,前额叶皮层需要在完整工作记忆和记忆消失的任务中被研究。
此外,空间学习是在复杂的迷宫样结构中进行研究的,其行为方案需要在几天内进行一系列训练试验。更具体地说,八臂迷宫可以测试动物设置不同记忆类别的能力:程序记忆、工作记忆和参考记忆。Morris水迷宫传统上评估海马结构和空间记忆,是一种具有显著优势的测试,例如易于执行、干燥迷宫中无嗅觉问题且动物无需被剥夺食物。尽管如此,从这些任务中获得的数据需要一个自动化的行为分析系统。
社会行为
     研究社交行为的测试主要检查老鼠对新社会目标的偏好。此类别包括父母行为、性行为和生殖行为,当然还有攻击性。该类别中有各种各样的测试,从观察和研究动物社会互动的测试到研究小鼠群体中形成的社会等级的测试。
      如果研究人员需要评估肢体系统中的任何功能障碍,则应选择这些社会互动测试,该系统已知会控制攻击性和参与内份泌激su和信息素线索调节的复杂神经回路。笼子相互探索的持续时间表明焦虑相关的行为。这些测试迅速而简单,无需以前的培训或设备。
奖励
     *后,另一个广泛的测试类别是奖励和成瘾行为,其中包括常用的条件位置偏好任务。更简单的蔗糖偏好测试测量对奖励的敏感性,应与攻击性行为的测量结合使用,因为蔗糖偏好的减少与啮齿动物的其他抑郁迹象有关。在类似的情况下,自我管理的装置测量动物获得奖励的动机。
注意事项
       尽管可以根据所研究行为的性质将任务归入基本领域,但许多测试显然与多个领域相关。一个常见的例子是野外测试,其特征是评估探索性活动的任务,但在某种程度上它探索了运动能力(饲养、梳理)、焦虑相关的行为和记忆(习惯)。
     鉴于所研究的表型的复杂性和行为的多因素性质,许多科学家建议使用行为任务的组合以获得更准确的结果。巴利蒂等人。(2018) 表明需要结合两个测试(Morris水迷宫和逐步被动回避测试 - STPA)来评估海马功能。Morris水迷宫用于估计空间学习和记忆的核心方面,而STPA*适合研究海马细胞记忆巩固的训练后过程。
      除了目标表型外,行为任务的选择还受受受试者基因型、实验中涉及的任何特殊处理以及可用样本量的影响。应用测试的数量和类型决定了实验的结构,所以您应该在设计实验时研究所有这些元素。完成实验的时间是另一个重要因素,因为有些测试需要几天的训练,或者在获取任何行为数据之前让动物适应新环境。此外,在选择适当的任务之前,还需要大量参考文献研究的物种特异性行为。
      影响适当行为任务决策的另一个因素是每次测试所需的详细培训。以正确且符合道德规范的方式进行测试至关重要。为此,您应该严格遵循*能描述标准操作程序的协议。指南建议,只有在实验者接受专业人员的广泛培训后,才能执行行为任务。
     因此,在选择合适的试验时,应考虑影响结果的因素,从动物的特征(特定于该品系或甚至物种)、试验的时间和地点以及饲养条件到实验者的特征(他的经验和训练以及他可能的偏见)。
      如果您也对动物实验感兴趣,欢迎关注和推荐关注 知乎帐号:脑声常谈 和 微信公众号:bioviewer,专注于动物神经科学与行为学的实验知识的方法传播与分享交流,您可以推荐给您身边的朋友、同学以及老师,我们会定期更新您需要的相关实验方法的视频和文章,希望能对大家带来帮助!

联系人
在线客服
用心服务 成就你我