動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)方法文獻(xiàn)綜述

前言

 

人生活在世界中，有各種各樣的行為。這些行為構(gòu)成了我們生活的社會環(huán)境。動物也有很多行為，繁殖行為、覓食行為、趨避行為、戰(zhàn)斗行為、利他行為等等。動物行為學(xué)就是研究動物行為的一門學(xué)科。通過學(xué)習(xí)前人對動物行為學(xué)的研究得出的規(guī)律，能夠以觀察、實(shí)驗(yàn)的方式了解動物的狀態(tài)、需求等。作為一門經(jīng)驗(yàn)性學(xué)科，實(shí)驗(yàn)方法尤為重要。本文作為0迷宮(zero maze)視頻分析系統(tǒng)的文獻(xiàn)綜述，在閱讀了12篇動物行為學(xué)分析論文之后選擇性提取了包括0迷宮在內(nèi)的幾種常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法，詳細(xì)做了描述。動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)方法文獻(xiàn)綜述

2 正文

 

動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)主要有學(xué)習(xí)記憶類、藥物成癮類、抗焦慮抑郁類、抗疲勞類、神經(jīng)精神類、痛覺測試類共六大類。其中抗焦慮抑郁類又可作為大部分動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)的前置實(shí)驗(yàn)，作為每一組動物的焦慮度的一個評判。當(dāng)然洞板實(shí)驗(yàn)測得的探索性也可以作為一組動物的生理心理指標(biāo)的。

 

2.1 學(xué)習(xí)記憶類

 

學(xué)習(xí)記憶類實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)動物與實(shí)驗(yàn)員之間已經(jīng)建立熟識的條件，保證實(shí)驗(yàn)員與動物的接觸不會對實(shí)驗(yàn)動物產(chǎn)生試驗(yàn)中的干擾因素。動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)方法文獻(xiàn)綜述

 

 

2.1.1 洞板實(shí)驗(yàn)

 

洞板試驗(yàn)是基于大鼠喜歡探洞的天性而設(shè)計(jì)的，它能有效反映大鼠對新環(huán)境的探索能力(Kameiet al, 2004; Calamandrei etal,1996)。實(shí)驗(yàn)箱分內(nèi)外兩層，外層為隔音用；內(nèi)層中間有一方形中空塑料柱用以限制動物的部分活動。內(nèi)層有22只水平方向的光電管。光電管對面設(shè)紅外線光源。一組光電管距底板40mm用來記錄活動量、向前運(yùn)動等。另一組光電管距底板125cm用以記錄動物站立式的探究活動。箱的4個角各有一個光電管，用以記錄拐角處的活動。底板下面0.5cm處由光電管記錄大鼠的探洞次數(shù)和時間

試驗(yàn)時間30分鐘將實(shí)驗(yàn)動物放入洞板裝置中同時開始測量記錄，每隔兩分鐘讀取一次探洞次數(shù)用來做探洞次數(shù)—時間曲線圖。動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)方法文獻(xiàn)綜述

洞板實(shí)驗(yàn)實(shí)際結(jié)果中可以看出隨著時間推后，探洞頻率會降低，如果幾天重復(fù)再同一裝置中測量也能看到總探洞次數(shù)之間的顯著降低，這就表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)動物對實(shí)驗(yàn)環(huán)境已經(jīng)產(chǎn)生了學(xué)習(xí)并有一定記憶了。本實(shí)驗(yàn)測得的頻率降低程度就是實(shí)驗(yàn)動物的學(xué)習(xí)記憶能力

 

2.1.2 Morris 水迷宮

 

Morris水迷宮在20世紀(jì)80年代初就提出，至今仍然作為有效地測量實(shí)驗(yàn)動物學(xué)習(xí)記憶能力的實(shí)驗(yàn)。整個實(shí)驗(yàn)過程分為隱藏平臺獲得實(shí)驗(yàn)(hidden platform acquisition training)和空間搜索實(shí)驗(yàn)(probetrial testing)兩部分

隱藏平臺獲得實(shí)驗(yàn)：用于測量動物在水迷宮中的學(xué)習(xí)和記憶能力。實(shí)驗(yàn)時間：4天。實(shí)驗(yàn)前動物自由游泳2分鐘。實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練每天進(jìn)行4次，每次60秒，隨機(jī)從東、南、西、北四個入水點(diǎn)選擇一個，將實(shí)驗(yàn)動物面壁放入水中，記錄實(shí)驗(yàn)動物尋找并爬上潛伏平臺所需時間即逃避潛伏期(escape latency)。如果實(shí)驗(yàn)動物在60秒內(nèi)未找到平臺，由實(shí)驗(yàn)者將其引導(dǎo)至平臺，逃避潛伏期記為60秒；然后使實(shí)驗(yàn)動物在平臺上停留20s。每次訓(xùn)練之間和訓(xùn)練完成后，迅速將實(shí)驗(yàn)動物洗凈擦干，放在熱源附近，防止動物體溫過低。每只實(shí)驗(yàn)動物共計(jì)訓(xùn)練16次。計(jì)算每天各組4次逃避潛伏期的平均值。

空間搜索實(shí)驗(yàn)空間搜索實(shí)驗(yàn)：用于測量實(shí)驗(yàn)動物對平臺空間位置的記憶保持能力。第5天撤除平臺，任選一個入水點(diǎn)將實(shí)驗(yàn)動物放入水中，動物在水中游泳60s，測量以下參數(shù)：動物在原平臺所在象限和其他各象限的游泳時間；在20%邊緣區(qū)、40%邊緣區(qū)和中心區(qū)游泳路徑的長短，以分析動物搜索策略的異同；平均游泳速度；穿越原平臺位置的次數(shù)

 

2.1.3 穿梭箱

 

此模型是由兩個外形基本相同的箱子組成，兩個箱子之間有門連通，供實(shí)驗(yàn)動物通過

穿梭箱可以進(jìn)行各種趨避實(shí)驗(yàn)，比如足電擊，刺鼻氣味，事物香味，當(dāng)一邊設(shè)置為暗房的時候可以作為避暗實(shí)驗(yàn)，從而研究實(shí)驗(yàn)動物的學(xué)習(xí)記憶能力

穿梭箱模型完成的主要是兩類回避實(shí)驗(yàn)主動回避實(shí)驗(yàn)和被動回避實(shí)驗(yàn)

主動回避實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)動物經(jīng)過訓(xùn)練之后記憶實(shí)驗(yàn)信號主動采取措施逃避不利刺激，實(shí)驗(yàn)裝置為沒有明暗區(qū)別的兩的兩個箱子，實(shí)驗(yàn)分為記憶獲得和記憶保持兩個階段。在記憶獲得階段中首先把實(shí)驗(yàn)動物放入其中一個箱子中，待動物適應(yīng)環(huán)境后，先給一個可以察覺的非條件刺激，比如高頻率的穩(wěn)定聲音刺激或者閃光燈強(qiáng)光刺激，間隔一段時間后(40~70秒)，施加一個不利刺激，比如足底電擊，實(shí)驗(yàn)動物只有逃避到另一個箱中后方能逃避電擊，訓(xùn)練一定次數(shù)，如30次。記憶獲得實(shí)驗(yàn)后的24小時和48小時進(jìn)行記憶保持實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟和記憶獲得實(shí)驗(yàn)相同，記錄動物對聲音刺激做出反應(yīng)和產(chǎn)生逃避行為的延遲時間。主動回避實(shí)驗(yàn)主要反應(yīng)了動物的非陳述記憶的能力。動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)方法文獻(xiàn)綜述

被動回避實(shí)驗(yàn)的思路是要讓動物記住某一行為所帶來不良的后果，這樣動物在下次想進(jìn)行該行為時就會十分猶豫，避暗實(shí)驗(yàn)是利用一邊為暗箱的穿梭箱來完成的被動回避實(shí)驗(yàn)。在非暗箱的一邊施加照明，實(shí)驗(yàn)開始時將實(shí)驗(yàn)動物放入明亮的箱子中，由于實(shí)驗(yàn)動物喜暗怕光的天性，動物進(jìn)過小門進(jìn)入暗箱內(nèi)，反復(fù)強(qiáng)化數(shù)次。第二天實(shí)驗(yàn)和第一天相同，但實(shí)驗(yàn)動物進(jìn)入暗箱后，關(guān)閉兩箱之間的門，并給予實(shí)驗(yàn)動物持續(xù)的足底電擊數(shù)秒，把動物取出休息一段時間后再次強(qiáng)化，數(shù)次。第三天實(shí)驗(yàn)時把動物放在明箱內(nèi)，記錄動物從明箱進(jìn)入暗箱的延遲時間。延遲時間越長表明動物的學(xué)習(xí)記憶能力越好。

除了穿梭箱以外，跳臺實(shí)驗(yàn)和爬桿實(shí)驗(yàn)也是常用的主動回避和被動回避的實(shí)驗(yàn)方案

 

2.2 神經(jīng)精神類

 

2.2.1 曠場實(shí)驗(yàn)

將實(shí)驗(yàn)動物放置于頂部開口的長方形實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)，盒上覆蓋玻璃。實(shí)驗(yàn)盒底部虛擬劃分為若干個大小相同的區(qū)域(以被試動物的體型為準(zhǔn))，記錄實(shí)驗(yàn)動物進(jìn)入各個區(qū)域的次數(shù)，各個單位時間內(nèi)的直立次數(shù)。

根據(jù)動物晝夜節(jié)律，進(jìn)行150分鐘的曠場行為實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將實(shí)驗(yàn)動物放回飼養(yǎng)籠休息。次日相同時間(或者預(yù)實(shí)驗(yàn)測量證明的活躍程度無顯著差異的的相同時間)，再次重復(fù)曠場實(shí)驗(yàn)。

曠場實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是觀察研究實(shí)驗(yàn)動物神經(jīng)精神變化、進(jìn)入開闊環(huán)境后的各種行為，例如動物對新開闊環(huán)境的恐懼而主要在周邊區(qū)域活動，在中央?yún)^(qū)域活動較少，但動物的探究特性又促使其產(chǎn)生在中央?yún)^(qū)域活動的動機(jī)，也可觀察由此而產(chǎn)生的焦慮心理。中樞興奮藥物可以明顯增加自主的活動而減少探究行為，一定劑量的抗精神病藥物可以減少探究行為而不影響自主活動

此外曠場實(shí)驗(yàn)還可用于學(xué)習(xí)記憶分析，通過計(jì)算直立—時間曲線圖中的直立－時間曲線下的面積(area under curve，AUC)，并比較實(shí)驗(yàn)AUC下降的百分比來分析實(shí)驗(yàn)動物對環(huán)境的適應(yīng)能力。AUC 下降幅度越大，說明實(shí)驗(yàn)動物對于環(huán)境的記憶越深刻。動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)方法文獻(xiàn)綜述

 

2.3 抗焦慮抑郁類

抗焦慮抗抑郁類藥物實(shí)驗(yàn)最好配合曠場實(shí)驗(yàn)以便區(qū)別中樞興奮和抗抑郁效果

 

2.3.1 強(qiáng)迫游泳

 

當(dāng)大鼠或小鼠放進(jìn)一個有限的空間使之游泳，開始時拼命游泳力圖逃脫，很快就變成不動狀態(tài)——僅露出鼻孔保持呼吸，四肢偶爾華東以保持身體不至于沉下去。這是動物放棄逃脫希望的表現(xiàn)，屬于行為絕望。大多數(shù)抗抑郁藥，在急性亞處理的條件下(24小時內(nèi)2~3次給藥)，可以有效對抗不動狀態(tài)，使實(shí)驗(yàn)動物游動起來

雄性大鼠，體重180-200克，實(shí)驗(yàn)前一天單籠飼養(yǎng)。將動物分組為實(shí)驗(yàn)組和對照組，實(shí)驗(yàn)分為兩天進(jìn)行，第一天單只大鼠放進(jìn)水中讓其游15分鐘，取出后在32℃溫室烤干，歸籠。給藥組可以是兩次實(shí)驗(yàn)前給，也可以只給在第二次實(shí)驗(yàn)前。經(jīng)過24小時后，再次實(shí)驗(yàn)記錄放入缸中游泳5分鐘之內(nèi)的累加不動狀態(tài)時間，動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)方法文獻(xiàn)綜述

 

2.3.2 高架0迷宮

 

高架0迷宮是一個有高架十字迷宮發(fā)展而來的既傳統(tǒng)又新穎的動物行為學(xué)系統(tǒng)。高架0迷宮系統(tǒng)是4個相錯的封閉開放區(qū)間高架環(huán)形平臺，封閉象限和開放象限區(qū)別明顯，消除了十字迷宮中間的含糊區(qū)域。

首先隨機(jī)分組同一批實(shí)驗(yàn)動物，分為對照組和給藥組。實(shí)驗(yàn)前先將實(shí)驗(yàn)動物置于一敞箱中活動5分鐘，然后開始實(shí)驗(yàn)，

對照組注入生理鹽水將實(shí)驗(yàn)動物放入閉臂并開始計(jì)時，測量的參數(shù)為平臺邊緣探頭次數(shù)，開臂閉臂的活動時間、路程，進(jìn)入開臂和閉臂的次數(shù)。給藥組注入抗焦慮或者抗抑郁藥物后測量相同參數(shù)比較得出藥物的效應(yīng)

此外高架0迷宮也可以直接作為動物生理或者行為學(xué)的前置實(shí)驗(yàn)，了解這一批動物的焦慮狀況。動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)方法文獻(xiàn)綜述

 

3 總結(jié)

 

"這些實(shí)驗(yàn)方法中洞板實(shí)驗(yàn)、高架0迷宮(高架十字迷宮)、曠場實(shí)驗(yàn)、較常用為動物行為學(xué)研究的前置實(shí)驗(yàn)，通過這些實(shí)驗(yàn)可以很好的了解實(shí)驗(yàn)動物各個方面的情況。但是動物學(xué)實(shí)驗(yàn)時間長注意里要求很高較為枯燥，視頻分析系統(tǒng)正在發(fā)展，使這些枯燥的工作讓計(jì)算機(jī)自動完成，在使動物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)變得輕松的同時減少系統(tǒng)誤差。動物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)方法文獻(xiàn)綜述。