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小动物行为学实验方法文献综述与评价

  • 创建时间:2017-03-03 点击数:
  • 动物行为学实验主要有学习记忆类、药物成瘾类、抗焦虑抑郁类、抗疲劳类、神经精神类、痛觉测试类共六大类。其中抗焦虑抑郁类又可作为大部分动物行为学实验的前置实验,作为每一组动物的焦虑度的一个评判。当然洞板实验测得的探索性也可以作为一组动物的生理心理指标的。

内容

小动物行为学实验方法文献综述与评价

 

前言

人生活在世界中,有各种各样的行为。这些行为构成了我们生活的社会环境。动物也有很多行为,繁殖行为、觅食行为、趋避行为、战斗行为、利他行为等等。动物行为学就是研究动物行为的一门学科。通过学习前人对动物行为学的研究得出的规律,能够以观察、实验的方式了解动物的状态、需求等。作为一门经验性学科,实验方法尤为重要。本文作为0迷宫(zero maze)视频分析系统的文献综述,在阅读了12篇动物行为学分析论文之后选择性提取了包括0迷宫在内的几种常规实验方法,详细做了描述。

 

正文

动物行为学实验主要有学习记忆类、药物成瘾类、抗焦虑抑郁类、抗疲劳类、神经精神类、痛觉测试类共六大类。其中抗焦虑抑郁类又可作为大部分动物行为学实验的前置实验,作为每一组动物的焦虑度的一个评判。当然洞板实验测得的探索性也可以作为一组动物的生理心理指标的。


2.1 学习记忆类

学习记忆类实验要求实验动物与实验员之间已经建立熟识的条件,保证实验员与动物的接触不会对实验动物产生试验中的干扰因素。


2.1.1 Morris 水迷宫

Morris水迷宫在20世纪80年代初就提出,至今仍然作为有效地测量实验动物学习记忆能力的实验。整个实验过程分为隐藏平台获得实验(hidden platform acquisition training)和空间搜索实验(probetrial testing)两部分

隐藏平台获得实验:用于测量动物在水迷宫中的学习和记忆能力。实验时间:4天。实验前动物自由游泳2分钟。实验训练每天进行4次,每次60秒,随机从东、南、西、北四个入水点选择一个,将实验动物面壁放入水中,记录实验动物寻找并爬上潜伏平台所需时间即逃避潜伏期(escape latency)。如果实验动物在60秒内未找到平台,由实验者将其引导至平台,逃避潜伏期记为60秒;然后使实验动物在平台上停留20s。每次训练之间和训练完成后,迅速将实验动物洗净擦干,放在热源附近,防止动物体温过低。每只实验动物共计训练16次。计算每天各组4次逃避潜伏期的平均值。

空间搜索实验空间搜索实验:用于测量实验动物对平台空间位置的记忆保持能力。第5天撤除平台,任选一个入水点将实验动物放入水中,动物在水中游泳60s,测量以下参数:动物在原平台所在象限和其他各象限的游泳时间;在20%边缘区、40%边缘区和中心区游泳路径的长短,以分析动物搜索策略的异同;平均游泳速度;穿越原平台位置的次数。



2.1.2 穿梭箱

此模型是由两个外形基本相同的箱子组成,两个箱子之间有门连通,供实验动物通过穿梭箱可以进行各种趋避实验,比如足电击,刺鼻气味,事物香味,当一边设置为暗房的时候可以作为避暗实验,从而研究实验动物的学习记忆能力穿梭箱模型完成的主要是两类回避实验主动回避实验和被动回避实验主动回避实验要求实验动物经过训练之后记忆实验信号主动采取措施逃避不利刺激,实验装置为没有明暗区别的两的两个箱子,实验分为记忆获得和记忆保持两个阶段。在记忆获得阶段中首先把实验动物放入其中一个箱子中,待动物适应环境后,先给一个可以察觉的非条件刺激,比如高频率的稳定声音刺激或者闪光灯强光刺激,间隔一段时间后(40~70秒),施加一个不利刺激,比如足底电击,实验动物只有逃避到另一个箱中后方能逃避电击,训练一定次数,如30次。记忆获得实验后的24小时和48小时进行记忆保持实验,实验步骤和记忆获得实验相同,记录动物对声音刺激做出反应和产生逃避行为的延迟时间。主动回避实验主要反应了动物的非陈述记忆的能力。

被动回避实验的思路是要让动物记住某一行为所带来不良的后果,这样动物在下次想进行该行为时就会十分犹豫,避暗实验是利用一边为暗箱的穿梭箱来完成的被动回避实验。在非暗箱的一边施加照明,实验开始时将实验动物放入明亮的箱子中,由于实验动物喜暗怕光的天性,动物进过小门进入暗箱内,反复强化数次。第二天实验和第一天相同,但实验动物进入暗箱后,关闭两箱之间的门,并给予实验动物持续的足底电击数秒,把动物取出休息一段时间后再次强化,数次。第三天实验时把动物放在明箱内,记录动物从明箱进入暗箱的延迟时间。延迟时间越长表明动物的学习记忆能力越好。

除了穿梭箱以外,跳台实验和爬杆实验也是常用的主动回避和被动回避的实验方案。上海欣软公司为本文提及的穿梭箱实验仪器提供了帮助。


2.1.3 洞板实验

洞板试验是基于大鼠喜欢探洞的天性而设计的,它能有效反映大鼠对新环境的探索能力(Kameiet al, 2004; Calamandrei etal,1996)。实验箱分内外两层,外层为隔音用;内层中间有一方形中空塑料柱用以限制动物的部分活动。内层有22只水平方向的光电管。光电管对面设红外线光源。一组光电管距底板40mm用来记录活动量、向前运动等。另一组光电管距底板125cm用以记录动物站立式的探究活动。箱的4个角各有一个光电管,用以记录拐角处的活动。底板下面0.5cm处由光电管记录大鼠的探洞次数和时间

试验时间30分钟将实验动物放入洞板装置中同时开始测量记录,每隔两分钟读取一次探洞次数用来做探洞次数时间曲线图。动物行为学实验方法文献综述

洞板实验实际结果中可以看出随着时间推后,探洞频率会降低,如果几天重复再同一装置中测量也能看到总探洞次数之间的显著降低,这就表现实验动物对实验环境已经产生了学习并有一定记忆了。本实验测得的频率降低程度就是实验动物的学习记忆能力


2.2 神经精神类


2.2.1 旷场实验


将实验动物放置于顶部开口的长方形实验盒内,盒上覆盖玻璃。实验盒底部虚拟划分为若干个大小相同的区域(以被试动物的体型为准),记录实验动物进入各个区域的次数,各个单位时间内的直立次数。

根据动物昼夜节律,进行150分钟的旷场行为实验。实验结束后,将实验动物放回饲养笼休息。次日相同时间(或者预实验测量证明的活跃程度无显著差异的的相同时间),再次重复旷场实验。

旷场实验系统是观察研究实验动物神经精神变化、进入开阔环境后的各种行为,例如动物对新开阔环境的恐惧而主要在周边区域活动,在中央区域活动较少,但动物的探究特性又促使其产生在中央区域活动的动机,也可观察由此而产生的焦虑心理。中枢兴奋药物可以明显增加自主的活动而减少探究行为,一定剂量的抗精神病药物可以减少探究行为而不影响自主活动

此外旷场实验还可用于学习记忆分析,通过计算直立时间曲线图中的直立-时间曲线下的面积(area under curveAUC),并比较实验AUC下降的百分比来分析实验动物对环境的适应能力。AUC 下降幅度越大,说明实验动物对于环境的记忆越深刻。


2.3 抗焦虑抑郁类

抗焦虑抗抑郁类药物实验最好配合旷场实验以便区别中枢兴奋和抗抑郁效果


2.3.1强迫游泳

当大鼠或小鼠放进一个有限的空间使之游泳,开始时拼命游泳力图逃脱,很快就变成不动状态——仅露出鼻孔保持呼吸,四肢偶尔华东以保持身体不至于沉下去。这是动物放弃逃脱希望的表现,属于行为绝望。大多数抗抑郁药,在急性亚处理的条件下(24小时内2~3次给药),可以有效对抗不动状态,使实验动物游动起来

雄性大鼠,体重180-200克,实验前一天单笼饲养。将动物分组为实验组和对照组,实验分为两天进行,第一天单只大鼠放进水中让其游15分钟,取出后在32℃温室烤干,归笼。给药组可以是两次实验前给,也可以只给在第二次实验前。经过24小时后,再次实验记录放入缸中游泳5分钟之内的累加不动状态时间


2.3.2 高架0迷宫


高架0迷宫是一个有高架十字迷宫发展而来的既传统又新颖的动物行为学系统。高架0迷宫系统是4个相错的封闭开放区间高架环形平台,封闭象限和开放象限区别明显,消除了十字迷宫中间的含糊区域。

首先随机分组同一批实验动物,分为对照组和给药组。实验前先将实验动物置于一敞箱中活动5分钟,然后开始实验,

对照组注入生理盐水将实验动物放入闭臂并开始计时,测量的参数为平台边缘探头次数,开臂闭臂的活动时间、路程,进入开臂和闭臂的次数。给药组注入抗焦虑或者抗抑郁药物后测量相同参数比较得出药物的效应

此外高架0迷宫也可以直接作为动物生理或者行为学的前置实验,了解这一批动物的焦虑状况。


总结

文章提及的行为学实验仪器均由湖南鼠行生物科技有限公司提供。这些实验方法中洞板实验、高架0迷宫(高架十字迷宫)、旷场实验、较常用为动物行为学研究的前置实验,通过这些实验可以很好的了解实验动物各个方面的情况。但是动物学实验时间长注意里要求很高较为枯燥,视频分析系统正在发展,使这些枯燥的工作让计算机自动完成,在使动物生理学实验变得轻松的同时减少系统误差。