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                                  動物行為實驗測試中,如何正確讓動物適應習慣測試儀器?
                                  點擊次數:323 發布時間:2021-06-22

                                     在許多測試中,動物對測試儀器的習慣適應是正確執行行為分析的關鍵實驗前提條件。然而,在某些情況下,實驗前將動物暴露于測試儀器可能會顯著干擾隨后的結果。此外,在需要或受益于實驗前環境適應的情況下,程序會因暴露次數和持續時間以及所用特定嚙齒動物模型的條件而異。因此,在決定是否讓動物適應給定的測試儀器時必須小心。

                                     首先,對測試儀器的習慣化將潛在的負面和不可預測的反應體驗轉化為潛在的正面和更可預測的反應。在不依賴于環境新穎性的實驗(例如,社會互動、新穎物體識別、條件迷宮測試)的情況下,該裝置習慣化可以定義不一致和一致行為特征之間的差異。相反,依賴于環境新奇性的任務(如野外探索、條件性地點偏好)會因任何實驗前暴露而失去顯著的力量,因此不是環境適應的適當機會。

                                     在此,我們將討論在兩種依賴于環境新穎性的測試環境新穎性不是相關參數的測試中儀器習慣化的影響和方案。

                                   環境新穎性測試

                                     在開始實驗測試之前,依賴于環境新穎性的測試會受到環境暴露的負面影響。因此,在實驗之前,動物不應暴露于測試儀器。然而,為了消除環境新奇性(光和氣味條件、儀器外標記物等)的影響,讓動物適應將要進行測試的房間是很重要的。).因此,試驗前,應將動物放在室內的家中籠舍中,試驗將在實驗者不在場的情況下進行至少10分鐘。

                                    舉個例子,開放場(OFT)和高架十字迷宮(EPM)是在壓力、焦慮和求新以及基本運動活動的嚙齒動物模型中用于各種行為測量的常見設備。這些試驗的終點測量依賴于動物對環境的不熟悉程度,以評估探索感知安全區(開放區的邊界和角落,EPM的封閉區)與風險或新奇區(開放區的開放中心,EPM的開放區)所花費的時間。重復暴露于這些儀器導致更多的時間花在后一個區域,因為動物認識到在現在熟悉的環境中風險水平降低。因此,測試儀器習慣化會通過減少場地的新穎性而對曠場實驗和EPM任務中的行為表現產生負面影響。

                                    但是,仍應使動物適應使用檢測儀器的房間。使用家庭籠舍程序(持續時間為30分鐘)對環境區域進行實驗前暴露,將使動物適應室內環境,從而消除令人困惑的新穎性變量。相反,例如,暴露于EPM本身將對行為表現產生有害影響。

                                  Morris水迷宮

                                     Morris水迷宮(MWM)是空間記憶評估中最常見的任務之一。動物使用空間線索(最常見的是視覺線索)來幫助定位隱藏在不透明水中的平臺,否則它們必須在其中連續游泳。在實驗之前,幾個變量決定了對MWM儀器的習慣化是否合適。首先,根據測試的持續時間,許多動物(尤其是大鼠)不會主動尋求逃跑,而是會持續探索游泳場所。這在短期實驗中更常見,例如,持續時間不到一分鐘的實驗。在這種情況下,在平臺暴露的情況下(即未染色的水,以顯示平臺位置)對競技場進行實驗前暴露,將表明平臺的存在,從而確保動物理解任務的廣度。

                                    此外,在沒有空間線索的情況下(如從MWM內可以看到的房間內的物體或墻壁標記),對MWM競技場進行的實驗前采集暴露,消除了測量中環境新穎性的混淆變量,如測試采集階段的移動距離和每個象限花費的時間。

                                     相反,平臺的缺失可能會在尋求逃避的動物中誘發顯著的應激,從而使學習獲得的任何測量結果與無平臺習慣化程序導致的應激和焦慮水平增加相混淆。類似地,在無平臺條件下接觸競技場,然后進行平臺存在的測試,被認為是一種反向學習的形式,而不是空間獲得,因此顯著改變了對結果結果的解釋。

                                     因此,雖然儀器習慣化通常不用于涉及環境新穎性的測試,但在受控條件下暴露于MWM可能有助于在某些情況下獲得一致的行為結果。使用短方案(即不到一分鐘)的研究人員可能會將其動物預先暴露于未染色水中的MWM,以指示是否存在逃生平臺。重要的是,該習慣化測試應在進行實驗的同一環境(即測試室)中進行,然而,在測試期間,應移除從MWM內可見的任何空間線索(如墻壁標記)。該習慣化過程應在實驗前一天進行。

                                   文獻參考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.

                                  ?非環境新穎性測試

                                  1.社交能力、社交新奇和社交失敗

                                  社交能力和社交新奇感測試評估動物的社交方式/回避行為,以及識別新奇與非新奇入侵者的認知和記憶,這些測試依賴于非環境受試者,因此受益于儀器習慣化。不習慣測試儀器的大鼠或小鼠將表現出針對環境和伙伴(在社交新奇性測試的情況下)或入侵動物(在常駐入侵者測試的情況下)的探索性和調查性行為,因此混淆了研究人員對結果的解釋。試驗開始前一天,在實驗者和伙伴動物都不在場的情況下,動物應適應社交測試設備5-15分鐘。此外,在測試日,應在測試前將動物放在測試室的家中籠舍內至少一小時。在測試社交失敗壓力時,應類似地遵循該方案,因為未適應的動物將對新環境表現出焦慮樣反應,這將干擾它們對隨后社交失敗的行為反應。

                                  2.巴恩斯迷宮(Barnes Maze)

                                  巴恩斯迷宮是視覺空間學習的常見測試,包括一個高架平臺,由令人厭惡的強光照亮,邊緣有逃生孔,可以逃到黑暗的隔間。在Barnes迷宮中進行實驗之前,通過習慣化訓練,大鼠或小鼠可以適應光照強度,以便在隨后的訓練期間(獲取和(如適用)反向訓練)正確引導迷宮。為了完成對Barnes迷宮的適當適應,實驗人員應將嚙齒動物放在競技場內,置于玻璃燒杯或其他適當大小的透明容器下,保持5分鐘。應移除所有迷宮內線索,如果存在,應遮擋迷宮外線索,以防止動物學習迷宮內/迷宮外位置指示器。

                                  參考文獻: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.疼痛測定

                                  用于評估嚙齒動物疼痛反應的實驗旨在專門測量對疼痛刺激的直接反應。因此,任何與環境新奇性相關的行為都會干擾對刺激誘發反應的行為分析。因此,在進行實驗之前,應使動物適應測試儀器。例如,為了在馮·弗雷試驗(使用以越來越大的壓力推入大鼠或小鼠的爪中直至引發爪頭后仰反射的儀器)之前使動物適當適應,應讓大鼠或小鼠自由探索試驗場所,直至探索行為停止。在大鼠中,這一過程通常需要15分鐘或更短時間。重要的是,小鼠在試驗前需要延長一小時的環境適應時間。同樣,哈格里夫斯疼痛試驗對大鼠的適應僅需5分鐘,但對小鼠的適當環境適應需30分鐘或更長時間。最后,由于熱梯度痛閾試驗需要環境約束,因此必須在試驗前使動物適應試驗場所和約束裝置5-10分鐘。

                                  4.新穎物體(識別和放置任務)

                                  在學習和記憶任務中的表現,如新穎的物體識別和物體放置記憶,最常被作為動物與一個物體相比,或與不同位置的同一物體相比所花費的時間的指標來衡量。因此,任何預先存在的傾向,動物花更多的時間在舞臺的一個領域比另一個,將固有地扭曲這些措施的解釋。因此,在開始實驗的習得訓練期之前,必須使大鼠或小鼠適應測試區域。為了達到環境適應,研究者應該將大鼠或小鼠放在沒有任何物體存在的測試場所。該程序可在第一階段檢測前一天進行一次或兩次,持續時間可在5至20分鐘之間。作為對環境適當適應的一種措施,動物應該在競技場的所有區域展示大致相同的持續時間。

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

                                  5.斯金納箱、自身給藥實驗

                                   

                                  使用操作室的實驗,例如辨別或選擇任務(例如5 選擇串行反應時間任務) 和自我管理協議,需要在實驗前適應設備。由于所需的行為不依賴于環境的新穎性,動物對儀器環境的任何關注都會降低行為性能,從而降低實驗結果。暴露于操作室的持續時間因小鼠模型和特定協議而異,但該過程類似于其他環境習慣協議。在實驗者不在的情況下,動物應單獨留在操作室中,并且在接下來的實驗期間沒有任何提示(例如條件燈、獎勵杠桿等)。

                                   

                                  例如,在通常持續 45 分鐘的氣味辨別任務中,在測試前一天,動物將在沒有氣味的情況下留在室內 45 分鐘。對于自我管理室,適應程序包括在幾天的過程中的環境和操作習慣。首先,動物應該在與隨后的所需實驗會話相同的持續時間內暴露在腔室中。然后,可以訓練動物使用實驗刺激或其他獎勵刺激(例如蔗糖遞送)來理解操作機制(例如鼻子戳或杠桿)。同樣,如果最終的自我管理課程打算持續一小時,那么習慣和培訓課程也應該持續一小時。

                                  參考文獻: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.

                                  結論

                                  顯然,使動物習慣于測試設備或環境對于許多行為測試協議有顯著的益處。但是,在某些情況下,在試驗前對受試嚙齒動物執行適應或順應程序可能會適得其反,甚至對結果有害。簡而言之,在決定是否讓你的動物適應測試設備之前,考慮你正在進行的測試是否需要新奇的環境來獲得正確的行為表現。然后,如果環境習慣化是合適的,在決定如何進行習慣化時,考慮預期實驗的持續時間。在所有情況下,確保試驗中使用的動物處于所有條件下(如藥物治療與未治療、雄性與雌性等)。經歷相同的習慣化過程以確保統一的行為結果。

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