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动物行为实验测试中,如何正确让动物适应习惯测试仪器?
点击次数:190 发布时间:2021-06-22

   在许多测试中,动物对测试仪器的习惯适应是正确执行行为分析的关键实验前提条件。然而,在某些情况下,实验前将动物暴露于测试仪器可能会显著干扰随后的结果。此外,在需要或受益于实验前环境适应的情况下,程序会因暴露次数和持续时间以及所用特定啮齿动物模型的条件而异。因此,在决定是否让动物适应给定的测试仪器时必须小心。

   首先,对测试仪器的习惯化将潜在的负面和不可预测的反应体验转化为潜在的正面和更可预测的反应。在不依赖于环境新颖性的实验(例如,社会互动、新颖物体识别、条件迷宫测试)的情况下,该装置习惯化可以定义不一致和一致行为特征之间的差异。相反,依赖于环境新奇性的任务(如野外探索、条件性地点偏好)会因任何实验前暴露而失去显著的力量,因此不是环境适应的适当机会。

   在此,我们将讨论在两种依赖于环境新颖性的测试环境新颖性不是相关参数的测试中仪器习惯化的影响和方案。

 环境新颖性测试

   在开始实验测试之前,依赖于环境新颖性的测试会受到环境暴露的负面影响。因此,在实验之前,动物不应暴露于测试仪器。然而,为了消除环境新奇性(光和气味条件、仪器外标记物等)的影响,让动物适应将要进行测试的房间是很重要的。).因此,试验前,应将动物放在室内的家中笼舍中,试验将在实验者不在场的情况下进行至少10分钟。

  举个例子,开放场(OFT)和高架十字迷宫(EPM)是在压力、焦虑和求新以及基本运动活动的啮齿动物模型中用于各种行为测量的常见设备。这些试验的终点测量依赖于动物对环境的不熟悉程度,以评估探索感知安全区(开放区的边界和角落,EPM的封闭区)与风险或新奇区(开放区的开放中心,EPM的开放区)所花费的时间。重复暴露于这些仪器导致更多的时间花在后一个区域,因为动物认识到在现在熟悉的环境中风险水平降低。因此,测试仪器习惯化会通过减少场地的新颖性而对旷场实验和EPM任务中的行为表现产生负面影响。

  但是,仍应使动物适应使用检测仪器的房间。使用家庭笼舍程序(持续时间为30分钟)对环境区域进行实验前暴露,将使动物适应室内环境,从而消除令人困惑的新颖性变量。相反,例如,暴露于EPM本身将对行为表现产生有害影响。

Morris水迷宫

   Morris水迷宫(MWM)是空间记忆评估中最常见的任务之一。动物使用空间线索(最常见的是视觉线索)来帮助定位隐藏在不透明水中的平台,否则它们必须在其中连续游泳。在实验之前,几个变量决定了对MWM仪器的习惯化是否合适。首先,根据测试的持续时间,许多动物(尤其是大鼠)不会主动寻求逃跑,而是会持续探索游泳场所。这在短期实验中更常见,例如,持续时间不到一分钟的实验。在这种情况下,在平台暴露的情况下(即未染色的水,以显示平台位置)对竞技场进行实验前暴露,将表明平台的存在,从而确保动物理解任务的广度。

  此外,在没有空间线索的情况下(如从MWM内可以看到的房间内的物体或墙壁标记),对MWM竞技场进行的实验前采集暴露,消除了测量中环境新颖性的混淆变量,如测试采集阶段的移动距离和每个象限花费的时间。

   相反,平台的缺失可能会在寻求逃避的动物中诱发显著的应激,从而使学习获得的任何测量结果与无平台习惯化程序导致的应激和焦虑水平增加相混淆。类似地,在无平台条件下接触竞技场,然后进行平台存在的测试,被认为是一种反向学习的形式,而不是空间获得,因此显著改变了对结果结果的解释。

   因此,虽然仪器习惯化通常不用于涉及环境新颖性的测试,但在受控条件下暴露于MWM可能有助于在某些情况下获得一致的行为结果。使用短方案(即不到一分钟)的研究人员可能会将其动物预先暴露于未染色水中的MWM,以指示是否存在逃生平台。重要的是,该习惯化测试应在进行实验的同一环境(即测试室)中进行,然而,在测试期间,应移除从MWM内可见的任何空间线索(如墙壁标记)。该习惯化过程应在实验前一天进行。

 文献参考Gulinello, M., Gertner, M., Mendoza, G., Schoenfeld, B. P., Oddo, S., LaFerla, F., Choi, C. H., McBride, S. M., … Faber, D. S. (2008). Validation of a 2-day water maze protocol in mice. Behavioural brain research, 196(2), 220-7.

非环境新颖性测试

1.社交能力、社交新奇和社交失败

社交能力和社交新奇感测试评估动物的社交方式/回避行为,以及识别新奇与非新奇入侵者的认知和记忆,这些测试依赖于非环境受试者,因此受益于仪器习惯化。不习惯测试仪器的大鼠或小鼠将表现出针对环境和伙伴(在社交新奇性测试的情况下)或入侵动物(在常驻入侵者测试的情况下)的探索性和调查性行为,因此混淆了研究人员对结果的解释。试验开始前一天,在实验者和伙伴动物都不在场的情况下,动物应适应社交测试设备5-15分钟。此外,在测试日,应在测试前将动物放在测试室的家中笼舍内至少一小时。在测试社交失败压力时,应类似地遵循该方案,因为未适应的动物将对新环境表现出焦虑样反应,这将干扰它们对随后社交失败的行为反应。

2.巴恩斯迷宫(Barnes Maze)

巴恩斯迷宫是视觉空间学习的常见测试,包括一个高架平台,由令人厌恶的强光照亮,边缘有逃生孔,可以逃到黑暗的隔间。在Barnes迷宫中进行实验之前,通过习惯化训练,大鼠或小鼠可以适应光照强度,以便在随后的训练期间(获取和(如适用)反向训练)正确引导迷宫。为了完成对Barnes迷宫的适当适应,实验人员应将啮齿动物放在竞技场内,置于玻璃烧杯或其他适当大小的透明容器下,保持5分钟。应移除所有迷宫内线索,如果存在,应遮挡迷宫外线索,以防止动物学习迷宫内/迷宫外位置指示器。

参考文献:O’Leary, T. P., & Brown, R. E. (2013). Optimization of apparatus design and behavioral measures for the assessment of visuo-spatial learning and memory of mice on the Barnes maze. Learning & Memory (Cold Spring Harbor, N.Y.), 20(2), 85–96.

3.疼痛测定

用于评估啮齿动物疼痛反应的实验旨在专门测量对疼痛刺激的直接反应。因此,任何与环境新奇性相关的行为都会干扰对刺激诱发反应的行为分析。因此,在进行实验之前,应使动物适应测试仪器。例如,为了在冯·弗雷试验(使用以越来越大的压力推入大鼠或小鼠的爪中直至引发爪头后仰反射的仪器)之前使动物适当适应,应让大鼠或小鼠自由探索试验场所,直至探索行为停止。在大鼠中,这一过程通常需要15分钟或更短时间。重要的是,小鼠在试验前需要延长一小时的环境适应时间。同样,哈格里夫斯疼痛试验对大鼠的适应仅需5分钟,但对小鼠的适当环境适应需30分钟或更长时间。最后,由于热梯度痛阈试验需要环境约束,因此必须在试验前使动物适应试验场所和约束装置5-10分钟。

4.新颖物体(识别和放置任务)

在学习和记忆任务中的表现,如新颖的物体识别和物体放置记忆,最常被作为动物与一个物体相比,或与不同位置的同一物体相比所花费的时间的指标来衡量。因此,任何预先存在的倾向,动物花更多的时间在舞台的一个领域比另一个,将固有地扭曲这些措施的解释。因此,在开始实验的习得训练期之前,必须使大鼠或小鼠适应测试区域。为了达到环境适应,研究者应该将大鼠或小鼠放在没有任何物体存在的测试场所。该程序可在第一阶段检测前一天进行一次或两次,持续时间可在5至20分钟之间。作为对环境适当适应的一种措施,动物应该在竞技场的所有区域展示大致相同的持续时间。

参考文献:Antunes, M., & Biala, G. (2011). The novel object recognition memory: neurobiology, test procedure, and its modifications. Cognitive processing, 13(2), 93-110.

5.斯金纳箱、自身给药实验

 

使用操作室的实验,例如辨别或选择任务(例如5 选择串行反应时间任务) 和自我管理协议,需要在实验前适应设备。由于所需的行为不依赖于环境的新颖性,动物对仪器环境的任何关注都会降低行为性能,从而降低实验结果。暴露于操作室的持续时间因小鼠模型和特定协议而异,但该过程类似于其他环境习惯协议。在实验者不在的情况下,动物应单独留在操作室中,并且在接下来的实验期间没有任何提示(例如条件灯、奖励杠杆等)。

 

例如,在通常持续 45 分钟的气味辨别任务中,在测试前一天,动物将在没有气味的情况下留在室内 45 分钟。对于自我管理室,适应程序包括在几天的过程中的环境和操作习惯。首先,动物应该在与随后的所需实验会话相同的持续时间内暴露在腔室中。然后,可以训练动物使用实验刺激或其他奖励刺激(例如蔗糖递送)来理解操作机制(例如鼻子戳或杠杆)。同样,如果最终的自我管理课程打算持续一小时,那么习惯和培训课程也应该持续一小时。

参考文献:Arbuckle, E. P., Smith, G. D., Gomez, M. C., & Lugo, J. N. (2015). Testing for odor discrimination and habituation in mice. Journal of visualized experiments : JoVE, (99), e52615.

结论

显然,使动物习惯于测试设备或环境对于许多行为测试协议有显著的益处。但是,在某些情况下,在试验前对受试啮齿动物执行适应或顺应程序可能会适得其反,甚至对结果有害。简而言之,在决定是否让你的动物适应测试设备之前,考虑你正在进行的测试是否需要新奇的环境来获得正确的行为表现。然后,如果环境习惯化是合适的,在决定如何进行习惯化时,考虑预期实验的持续时间。在所有情况下,确保试验中使用的动物处于所有条件下(如药物治疗与未治疗、雄性与雌性等)。经历相同的习惯化过程以确保统一的行为结果。

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