學(xué)習(xí)筆記 ｜ 小鼠經(jīng)典行為學(xué)實(shí)驗(yàn)分享
神經(jīng)科學(xué)（neuroscience）也被稱為腦科學(xué)（brain science），顧名思義，這是研究大腦結(jié)構(gòu)與功能的學(xué)科。但是由于大腦的結(jié)構(gòu)和功能都很復(fù)雜，神經(jīng)科學(xué)涉及到多種學(xué)科，如生物學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)物理學(xué)、醫(yī)學(xué)、哲學(xué)等。
在神經(jīng)學(xué)科的研究中，常常涉及到使用模式動(dòng)物進(jìn)行相關(guān)研究，而最常用的哺乳類模式動(dòng)物，就是小鼠了。但在實(shí)驗(yàn)過程中，小鼠并不能直接和我們溝通，我們是如何了解小鼠的狀態(tài)和情緒的呢？這就需要動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)。
動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)
動(dòng)物行為學(xué)是研究動(dòng)物行為的一門綜合性學(xué)科，研究?jī)?nèi)容包括動(dòng)物的溝通行為、情緒表達(dá)、覓食行為、社交行為、學(xué)習(xí)行為、繁殖行為、領(lǐng)地行為等。最初動(dòng)物行為學(xué)的研究對(duì)象是正常動(dòng)物，后來擴(kuò)展為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)動(dòng)物行為學(xué)的實(shí)驗(yàn)體系逐步得到發(fā)展和完善。目前，動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)已成為當(dāng)今實(shí)驗(yàn)研究的重要方法之一。
動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)可以幫助科研人員評(píng)估小鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力、焦慮、抑郁、恐懼、社會(huì)化和運(yùn)動(dòng)能力等，從而探索認(rèn)知、情緒和運(yùn)動(dòng)等復(fù)雜的生命現(xiàn)象。很多生物醫(yī)學(xué)研究都需要構(gòu)建小鼠疾病模型。而在神經(jīng)科學(xué)、腦功能等領(lǐng)域的小鼠疾病模型，例如阿爾茲海默病AD小鼠模型、帕金森病PD小鼠模型、缺血缺氧性腦病HIE小鼠模型、抑郁癥小鼠模型等需要結(jié)合動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)來研究發(fā)病機(jī)理和治療藥物效果等。
目前，動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)種類繁多，小編為大家介紹一些常見的動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)。
學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗(yàn)
學(xué)習(xí)記憶是大腦最基本也是最重要的高級(jí)神經(jīng)功能之一。學(xué)習(xí)記憶異常是絕大多數(shù)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的典型臨床特征，如阿爾茨海默癥、帕金森病、癲癇、精神分裂、腦癱、腦白質(zhì)病等。
學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗(yàn)可以有效評(píng)估小鼠的學(xué)習(xí)能力和記憶能力。通過橫向或縱向比較，我們可以明確小鼠在不同變量影響下或不同時(shí)期的學(xué)習(xí)記憶能力。常見的學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗(yàn)有迷宮實(shí)驗(yàn)和新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)。
迷宮實(shí)驗(yàn)
迷宮實(shí)驗(yàn)是最經(jīng)典的學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用非常廣泛并且種類眾多，包括Morris水迷宮、T/Y迷宮、巴恩斯迷宮等。
圖1. Morris水迷宮（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）。
圖2. T迷宮：a. T迷宮模式圖[1]。b. T迷宮實(shí)驗(yàn)過程[2]。
圖3. Y迷宮：a. Y迷宮模式圖[3]。b. Y 迷宮自發(fā)輪替實(shí)驗(yàn)過程[4]。c. Y迷宮實(shí)驗(yàn)過程[5]。
在評(píng)價(jià)大小鼠的空間學(xué)習(xí)和記憶能力時(shí)，Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)的結(jié)果更準(zhǔn)確。在評(píng)價(jià)工作記憶能力時(shí)，Y型迷宮自主交替實(shí)驗(yàn)和T型迷宮對(duì)動(dòng)物的壓力較小，結(jié)果更可靠。
新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)
新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)是一種廣泛使用的研究記憶神經(jīng)生物學(xué)的工具。嚙齒動(dòng)物有一種自然的傾向，會(huì)花更多的時(shí)間探索新物體而不是熟悉的物體。此外，它們可以探索出熟悉物體在新位置增多和呈現(xiàn)的時(shí)間順序。它較迷宮實(shí)驗(yàn)的突出優(yōu)勢(shì)是不需要長(zhǎng)期的訓(xùn)練。
圖4. 新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)[6]
情緒行為實(shí)驗(yàn)
動(dòng)物是無法通過語言來表達(dá)自身情緒的。情緒行為實(shí)驗(yàn)可以為我們?cè)u(píng)估小鼠的情緒水平提供有效指標(biāo)。
一般來說，評(píng)估小鼠的情緒行為主要分為兩個(gè)方面：焦慮行為和抑郁行為。焦慮行為是動(dòng)物的新奇環(huán)境探索心理與對(duì)新奇環(huán)境的恐懼之間產(chǎn)生沖突所導(dǎo)致的行為。而抑郁行為是動(dòng)物在面臨環(huán)境壓力和其他因素的慢性長(zhǎng)期影響下，出現(xiàn)如缺乏快樂、行為絕望、獲得性無助等的情緒反應(yīng)。
焦慮行為實(shí)驗(yàn)方法主要包括曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、高架十字實(shí)驗(yàn)、明暗場(chǎng)實(shí)驗(yàn)等。
曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)
曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)是評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在新環(huán)境中自主探究行為與緊張度的一種方法。當(dāng)處于陌生環(huán)境中時(shí)，動(dòng)物會(huì)由于恐懼而主要在周邊區(qū)域活動(dòng)，在中央?yún)^(qū)域活動(dòng)較少。曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)利用這一動(dòng)物特性研究動(dòng)物的焦慮行為。
圖5. 曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)[7][8]
高架十字迷宮實(shí)驗(yàn)
高架十字迷宮實(shí)驗(yàn)是一種非條件反射焦慮動(dòng)物模型，它利用動(dòng)物對(duì)新異環(huán)境的探究特性和對(duì)高懸敞開臂的恐懼心理，形成動(dòng)物的矛盾沖突狀態(tài)反應(yīng)動(dòng)物的焦慮情緒。除建立動(dòng)物焦慮應(yīng)激模型外，高架十字迷宮實(shí)驗(yàn)也是國(guó)際上公認(rèn)的經(jīng)典測(cè)量焦慮癥狀的方法，被廣泛應(yīng)用于大小鼠等嚙齒類動(dòng)物的焦慮行為學(xué)研究。
圖6. 高架十字迷宮實(shí)驗(yàn)[9]
明暗場(chǎng)實(shí)驗(yàn)
明暗場(chǎng)實(shí)驗(yàn)是基于小鼠對(duì)明亮區(qū)域的自然厭惡以及它們對(duì)輕度壓力源（例如新環(huán)境和光線）的自發(fā)探索行為的一項(xiàng)焦慮測(cè)試實(shí)驗(yàn)，是用于測(cè)量小鼠焦慮樣行為的最廣泛使用的測(cè)試之一。
圖7. 明暗場(chǎng)實(shí)驗(yàn)（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）
抑郁行為實(shí)驗(yàn)方法主要包括懸尾實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)、糖水偏好實(shí)驗(yàn)等。
懸尾實(shí)驗(yàn)
懸尾實(shí)驗(yàn)是一種抗抑郁藥物評(píng)價(jià)模型的經(jīng)典方法。其原理是利用小鼠懸尾后無法克服不正常體位，誘導(dǎo)小鼠進(jìn)入特有的抑郁不動(dòng)狀態(tài)，通過記錄不動(dòng)狀態(tài)潛伏期和不動(dòng)狀態(tài)持續(xù)時(shí)間百分率來評(píng)價(jià)動(dòng)物的不動(dòng)狀態(tài)。
圖8. 懸尾實(shí)驗(yàn)[10]
強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)
強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)是一種行為絕望實(shí)驗(yàn)法，通過將小鼠放入局限且不可逃避的環(huán)境（如水中），小鼠在該環(huán)境中拼命掙扎但無法逃脫，從而誘導(dǎo)小鼠產(chǎn)生絕望的不動(dòng)狀態(tài)，以衡量小鼠的抑郁樣行為。
圖9. 強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)[11]
糖水偏好實(shí)驗(yàn)
糖水偏好實(shí)驗(yàn)是反應(yīng)快感是否缺失的一種檢測(cè)指標(biāo)，是抗抑郁藥物研究的最主要的行為學(xué)檢測(cè)方法之一。
圖10. 糖水偏好實(shí)驗(yàn)[12]
運(yùn)動(dòng)行為實(shí)驗(yàn)
運(yùn)動(dòng)功能檢測(cè)是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行為學(xué)的重要內(nèi)容。運(yùn)動(dòng)障礙也是很多疾病的主要臨床表現(xiàn)。以下為幾個(gè)典型的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)：
爬桿實(shí)驗(yàn)
是評(píng)價(jià)小鼠運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力的經(jīng)典方法。通過記錄小鼠由桿的頂端往下爬到底部（雙前爪著地）所需時(shí)間，比較其運(yùn)動(dòng)能力。
圖11. 爬桿實(shí)驗(yàn)[13]
平衡木實(shí)驗(yàn)
平衡木實(shí)驗(yàn)是通過小鼠在窄木上移動(dòng)判斷動(dòng)物運(yùn)動(dòng)功能的整合性和協(xié)調(diào)性。
圖12. 平衡木實(shí)驗(yàn)（圖片源于網(wǎng)絡(luò)）
疲勞轉(zhuǎn)棒實(shí)驗(yàn)
疲勞轉(zhuǎn)棒實(shí)驗(yàn)需要?jiǎng)游镌跐L軸上保持平衡并連續(xù)運(yùn)動(dòng)，用于檢測(cè)動(dòng)物的協(xié)調(diào)性。
圖13. 疲勞轉(zhuǎn)棒實(shí)驗(yàn)（圖片源于網(wǎng)絡(luò)）
皮帶跑步機(jī)實(shí)驗(yàn)
皮帶跑步機(jī)實(shí)驗(yàn)用于檢測(cè)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)能力和耐力，建立疲勞模型。
圖14. 皮帶跑步機(jī)實(shí)驗(yàn)[14]
握力實(shí)驗(yàn)
握力實(shí)驗(yàn)是根據(jù)大小鼠善于攀爬，喜用爪抓持物體的習(xí)性設(shè)計(jì)的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，主要用于檢測(cè)嚙齒類動(dòng)物肌肉力量和神經(jīng)肌肉接頭功能。
負(fù)重游泳實(shí)驗(yàn)
負(fù)重游泳實(shí)驗(yàn)用于檢測(cè)動(dòng)物的耐力，建立疲勞模型。
足跡分析法
足跡分析法用于定量評(píng)估人或動(dòng)物的步態(tài)，最早源于臨床上對(duì)患者步態(tài)的分析，而后用于動(dòng)物步態(tài)分析。
南模生物動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)服務(wù)
南模生物提供多種大小鼠行為學(xué)實(shí)驗(yàn)服務(wù)，助力基于行為的疾病模型鑒別、藥物篩選和疾病診斷。南模生物 618 年中狂歡，大小鼠行為學(xué)服務(wù)限時(shí)8折！具體項(xiàng)目見下表：
關(guān)于我們
上海南方模式生物科技股份有限公司（Shanghai Model Organisms Center, Inc.，簡(jiǎn)稱"南模生物"），成立于2000年9月，是一家上交所科創(chuàng)板上市高科技生物公司（股票代碼：688265），始終以編輯基因、解碼生命為己任，專注于模式生物領(lǐng)域，打造了以基因修飾動(dòng)物模型研發(fā)為核心，涵蓋多物種模型構(gòu)建、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥物臨床前評(píng)價(jià)等多個(gè)技術(shù)平臺(tái)，致力于為全球高校、科研院所、制藥企業(yè)等客戶提供全方位、一體化的基因修飾動(dòng)物模型產(chǎn)品解決方案。
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