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    動物行為實驗設計之初,如何選擇特定表型的不同行為測試范式?

    日期:2022-06-11 02:21
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    摘要: 在過去的十年中,神經行為領域經歷了大量新的行為任務,這些任務針對許多實驗動物中龐大而復雜的行為表型網絡。從大鼠和小鼠到甚至斑馬魚,可用行為任務的數量正在迅速增加,以努力清楚地描繪每個物種的行為曲目。這個不斷擴大的行為協議列表很容易使設計實驗和選擇適當任務的過程變得復雜和混亂。 實驗室嚙齒動物表現出非常多樣化的行為,是行為神經科學研究中*常用的動物模型之一。他們行為的多樣性反映在可用任務的多樣性上。一些任務喚起和測量特定行為,而其他任務僅涉及對自發表達行為的觀察。一些測試旨在專門檢查特定的表...

    在過去的十年中,神經行為領域經歷了大量新的行為任務,這些任務針對許多實驗動物中龐大而復雜的行為表型網絡。從大鼠和小鼠到甚至斑馬魚,可用行為任務的數量正在迅速增加,以努力清楚地描繪每個物種的行為曲目。這個不斷擴大的行為協議列表很容易使設計實驗和選擇適當任務的過程變得復雜和混亂。

    實驗室嚙齒動物表現出非常多樣化的行為,是行為神經科學研究中*常用的動物模型之一。他們行為的多樣性反映在可用任務的多樣性上。一些任務喚起和測量特定行為,而其他任務僅涉及對自發表達行為的觀察。一些測試旨在專門檢查特定的表型,而其他測試僅涉及對一系列行為的觀察。

    鑒于所有這些,實驗室嚙齒動物可以進行各種各樣的行為測試,從基本運動和感覺功能的測試到與認知和情緒相關的更復雜行為的分析。

    研究的表型類別
    行為測試可以根據它們關注的表型進行劃分,從而創建四大類測試:基本運動和感覺功能、焦慮、學習和記憶、社會行為和獎勵。
    運動和感覺功能
        有許多測試側重于實驗動物的運動和感覺能力;他們的目的是驗證動物的正常運動和感覺。它們在共濟失調和不對稱腦功能的動物模型中是必不可少的,而且也是接觸zhi療藥wu后恢復的指標。
        一些運動功能測試是運動活動、旋轉棒、橫梁行走和握力測試。Rotarod 測量運動協調和平衡,通常在早期開發過程中用于篩選新藥,以了解對運動協調可能產生的副作用。請記住,動物會通過運動學習的重復測試來改善。
        橫梁行走是另一項側重于動物運動協調和平衡的測試,通常用于模擬神經退行性**和神經功能障礙。當需要檢測精細運動缺陷時,它應該是優選。
    握力是評估動物神經肌肉功能的簡單測試。握力的任何變化都可能是運動神經毒性的跡象。雖然它可以準確地篩查神經行為毒性,但結果可能會受到體重的影響。作為一個優勢,對于大多數運動和感官測試,不需要培訓。然而,它們中的大多數都需要自動化設備和軟件來進行視頻分析。
         可以使用簡單的測試(例如嗅覺測試)和通常用于其他表型的測試來測試動物的感覺功能。例如,莫里斯水迷宮和提示恐懼條件反射分別依賴于完整的視覺和聽覺系統。此外,盡管前脈沖抑制和聲學驚嚇反應通常用于測試焦慮,但它們基于對大聲聽覺刺激的反射性反應。這兩項測試可以清楚地檢測聽覺方面的任何缺陷,但要做到這一點,它們需要復雜的設備來呈現刺激和記錄反應。人們應該考慮到它們幾乎不需要對動物進行訓練,并允許對相同的動物進行重新測試。
    焦慮
        有很多任務專注于動物的焦慮和情緒。鑒于無法直接測量焦慮,這些測試量化了隨著動物或多或少焦慮而改變的特定行為。焦慮樣行為主要結合動物在不同新環境中的探索行為進行研究。這可以解釋開放場測試在焦慮相關研究中的流行。鑒于此任務會生成大量數據,因此需要使用自動化行為分析系統。另一個需要考慮的因素是露天試驗容易適應,因此每只動物應該只接觸一次這項任務。
        此類別中的其他測試是高架十字迷宮、明/暗探索、Vogel 飲水沖突測試、埋藏測試、強迫游泳測試、前脈沖抑制(主要用于研究精神分裂癥)和聲學驚嚇反應。高架十字迷宮是評估嚙齒動物焦慮樣行為的流行測試,尤其是當需要進行評估以篩選潛在的抗焦慮劑時。盡管如此,請記住某些因素,例如動物的年齡、對實驗者的熟悉程度和照明條件會嚴重影響這項任務的結果。

          盡管所有這些測試似乎都在衡量同一件事,但評估的行為之間存在重大差異。Vogel 飲水沖突測試基于這樣一種假設,即焦慮主要在必須接近厭惡情況時發展。埋葬測試側重于動物對威脅物體的防御行為。這是一項通常用于檢查衰老對情緒影響的測試,也用于檢查潛在抗焦慮劑的影響。在調查動物面對強烈壓力情況的應對策略時,應使用強迫游泳測試。前脈沖抑制和聲學驚嚇反應構成了研究刺激反應神經可塑性的任務。它們被認為是研究動物反應回路中病變或藥理操作影響的重要神經行為工具。*后,使用明/暗探索任務來研究各種藥理操作對無條件焦慮反應的影響。這是一項不需要任何先前培訓的測試,但是,圍繞它存在一些爭議。根據動物的應變、年齡和體重,結果通常會呈現嚴重的變異性。
        專注于焦慮的任務基本上屬于更廣泛的情緒類別。通過強迫游泳和懸尾測試研究抑郁樣行為,這兩種測試都將不動視為行為絕望的衡量標準。
    學習與記憶
        在開發出操縱遺傳物質和產生靶向突變的方法之后,實驗室嚙齒動物在學習和記憶研究中的長期使用已經復蘇。該領域的認知測試清單龐大而多樣。一些測試需要刺激老鼠尋找某種積極獎勵的食欲動機,而另一些測試則施加厭惡刺激,導致疼痛或痛苦,并促進逃避或避免它們的嘗試。
    所有這些不同的任務研究不同的神經生物學機制?;诓煌纳窠浵到y構成記憶過程的事實,不同的認知任務被設計為專注于每個不同的神經系統。記憶過程至少涉及五種不同的神經系統:
    海馬
    杏仁核
    背側紋狀體
    鼻皮質
    小腦
    前額葉皮層
    適當測試的選擇將取決于實驗員想要調查的特定系統。
    更具體地說,海馬功能通常通過空間學習測試進行檢查,例如morris水迷宮八臂迷宮。但是,您應該記住,Morris 水迷宮中包含的學習過程也同樣依賴于杏仁核,因為這是一個很容易引發焦慮和恐慌情緒的過程。此外,可以通過重新學習過程來研究海馬體的形成。
    假設杏仁核對于情緒記憶的形成是必不可少的,它在學習和記憶中的作用是通過條件恐懼反應的測試來研究的??謶謼l件反射被廣泛用于研究厭惡記憶的鞏固和消失的細胞和分子相關性。檢查杏仁核含義的測試是回避測試; 通過被動回避或主動回避條件來實現。被動回避任務需要的訓練試驗次數非常有限,甚至從**次試驗開始,就獲得了被動回避。這使得定義記憶獲取的時間點成為可能,如果您想進行基因和蛋白質表達分析,這可能很有價值。相反,主動回避任務更費力,需要反復訓練。它們常用于研究沙鼠的分類學習。
        操作性條件反射任務,如cued win-stay放射狀迷宮,研究背側紋狀體在刺激反應習慣學習中對記憶和學習的參與。
    鼻皮層的參與可以通過物體識別實驗來測試。識別任務要簡單得多,因為它們不需要強化和訓練期。它們可以在同一只動物上重復進行,因為它們對受試者的壓力較小。
         小腦參與眼瞼調節以及運動學習,前額葉皮層需要在完整工作記憶和記憶消失的任務中被研究。
    此外,空間學習是在復雜的迷宮樣結構中進行研究的,其行為方案需要在幾天內進行一系列訓練試驗。更具體地說,八臂迷宮可以測試動物設置不同記憶類別的能力:程序記憶、工作記憶和參考記憶。Morris水迷宮傳統上評估海馬結構和空間記憶,是一種具有顯著優勢的測試,例如易于執行、干燥迷宮中無嗅覺問題且動物無需被剝奪食物。盡管如此,從這些任務中獲得的數據需要一個自動化的行為分析系統。
    社會行為
         研究社交行為的測試主要檢查老鼠對新社會目標的偏好。此類別包括父母行為、性行為和生殖行為,當然還有攻擊性。該類別中有各種各樣的測試,從觀察和研究動物社會互動的測試到研究小鼠群體中形成的社會等級的測試。
          如果研究人員需要評估肢體系統中的任何功能障礙,則應選擇這些社會互動測試,該系統已知會控制攻擊性和參與內份泌激su和信息素線索調節的復雜神經回路?;\子相互探索的持續時間表明焦慮相關的行為。這些測試迅速而簡單,無需以前的培訓或設備。
    獎勵
         *后,另一個廣泛的測試類別是獎勵和成癮行為,其中包括常用的條件位置偏好任務。更簡單的蔗糖偏好測試測量對獎勵的敏感性,應與攻擊性行為的測量結合使用,因為蔗糖偏好的減少與嚙齒動物的其他抑郁跡象有關。在類似的情況下,自我管理的裝置測量動物獲得獎勵的動機。
    注意事項
           盡管可以根據所研究行為的性質將任務歸入基本領域,但許多測試顯然與多個領域相關。一個常見的例子是野外測試,其特征是評估探索性活動的任務,但在某種程度上它探索了運動能力(飼養、梳理)、焦慮相關的行為和記憶(習慣)。
         鑒于所研究的表型的復雜性和行為的多因素性質,許多科學家建議使用行為任務的組合以獲得更準確的結果。巴利蒂等人。(2018) 表明需要結合兩個測試(Morris水迷宮和逐步被動回避測試 - STPA)來評估海馬功能。Morris水迷宮用于估計空間學習和記憶的核心方面,而STPA*適合研究海馬細胞記憶鞏固的訓練后過程。
          除了目標表型外,行為任務的選擇還受受受試者基因型、實驗中涉及的任何特殊處理以及可用樣本量的影響。應用測試的數量和類型決定了實驗的結構,所以您應該在設計實驗時研究所有這些元素。完成實驗的時間是另一個重要因素,因為有些測試需要幾天的訓練,或者在獲取任何行為數據之前讓動物適應新環境。此外,在選擇適當的任務之前,還需要大量參考文獻研究的物種特異性行為。
          影響適當行為任務決策的另一個因素是每次測試所需的詳細培訓。以正確且符合道德規范的方式進行測試至關重要。為此,您應該嚴格遵循*能描述標準操作程序的協議。官方指南建議,只有在實驗者接受專業人員的廣泛培訓后,才能執行行為任務。
         因此,在選擇合適的試驗時,應考慮影響結果的因素,從動物的特征(特定于該品系或甚至物種)、試驗的時間和地點以及飼養條件到實驗者的特征(他的經驗和訓練以及他可能的偏見)。
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