化工儀器網(wǎng)
技術(shù)文章
淺析動物行為學(xué)實驗方法的研究方向分類
閱讀：1527 發(fā)布時間：2020-8-17動物行為實驗方法早期研究主要是為學(xué)習(xí)記憶行為設(shè)計的，后來發(fā)展為情緒表達、運動行為、社交行為、疼痛及成癮性等行為實驗方法。目前主要的行為學(xué)實驗包括學(xué)習(xí)記憶行為實驗、抑郁行為實驗、焦慮行為實驗、恐懼行為實驗、自發(fā)活動行為實驗、節(jié)律行為實驗、攻擊行為實驗、防御行為實驗、繁殖行為實驗、社會行為實驗等，社會行為實驗指溝通行為實驗、利已行為實驗、等級行為實驗等。研究多的主要是學(xué)習(xí)記憶、情緒和運動行為等。
1、學(xué)習(xí)記憶行為實驗方法
學(xué)習(xí)是神經(jīng)系統(tǒng)接受外界環(huán)境變化獲得新行為和經(jīng)驗的過程，記憶是指對學(xué)習(xí)獲得的經(jīng)驗或行為的保持，包括獲得、鞏固、再現(xiàn)及再鞏固四個環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)和記憶二者是互相聯(lián)系的神經(jīng)活動過程，學(xué)習(xí)過程中必然包含記憶，而記憶總是需要以學(xué)習(xí)為先決條件。研究者設(shè)計了多種學(xué)習(xí)記憶行為實驗方法用于評價學(xué)習(xí)記憶。
學(xué)習(xí) 記 憶 行 為 實 驗 方 法 的 開 掘 者 包 括Thorndike、Pavlov 和 B． F． Skinner 等。1937 年Skinner *建立了基于操作的學(xué)習(xí)記憶行為實驗方法 － 斯金納箱。
1930 年，Tolman和Honzik 應(yīng)用個單元的 T 型迷宮，研究大鼠的潛伏學(xué)習(xí)( latent learning) 。后來，多單元迷宮演變?yōu)槟壳皯?yīng)用的 T 迷宮。1939 年，Dennis *定義了大鼠在 T 迷宮中的自發(fā)交替( spontaneous alternation) 行為，認為大鼠能夠?qū)μ剿鬟^的臂產(chǎn)生內(nèi)起抑制 ( internalinhibition) ，而進入沒有探索過的臂，從而增加發(fā)現(xiàn)食物的機會。
1979 年，Barnes 建立了巴恩斯迷宮( Barnes maze) ，動物不需要限食，基于其天生的探索特性，應(yīng)用噪音、強光和暴露的開放環(huán)境作為應(yīng)激手段，促使動物尋找目標洞。
1981 年，Morris建立了水迷宮方法，基于動物厭惡水環(huán)境的特性，強迫實驗動物游泳，學(xué)習(xí)尋找隱藏在水中的平臺。水迷宮是學(xué)習(xí)記憶行為學(xué)評價的另一個標志性事件，主要用于海馬依賴的空間參考記憶和工作記憶的研究。
1988 年，Ennaceur 等基于動物天生對新奇物體的探索特性，建立了新物體識別 ( novel object recognition test) 評價方法，與其他評價方法比較，該方法不需要學(xué)習(xí)訓(xùn)練，無需禁食禁水，不用施加懲罰或獎賞刺激，對動物的應(yīng)激影響較小，與人類的再認記憶檢測相似類的再認記憶檢測相似。大小鼠的觸屏認知系統(tǒng)也相繼問世，用于認知功能的評價，尤其在神經(jīng)精神疾病藥物篩選中發(fā)揮重要作用。
非人靈長類動物具有與人類相似的大腦結(jié)構(gòu)，具備高級腦功能，可以被訓(xùn)練完成特定類型的測試任務(wù)，對評價認知能力、情緒反應(yīng)等具有嚙齒類動物無法替代的作用。觸屏測試認知系統(tǒng)是目前廣為接受的靈長類動物認知行為的評價方法。該方法源于人的神經(jīng)行為測試的計算機化形式。劍橋神經(jīng)心理測試自動化組合 ［Neuro behavioral Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery CANTAB) ］是觸屏認知測試系統(tǒng)的經(jīng)典設(shè)備。動物通過觸摸屏，完成高通量的系列模塊化測試，如強化認知、內(nèi)外空間的設(shè)置變化與視覺辨別、對顯示符號的短暫識別和不識別、空間記憶、選擇序列反應(yīng)時測試和成對結(jié)合學(xué)習(xí)等。
2、情緒行為實驗方法
情緒行為是一種瞬時變化的心理與生理現(xiàn)象，反映了機體對不斷變化的環(huán)境所采取的適應(yīng)模式。從心理學(xué)的層面來說，情緒是對客觀事物的態(tài)度體驗和行為反應(yīng)，為人和動物所共有，主要包括抑郁、焦慮、恐懼三類行為。由于動物的情緒體驗難以用語言表達，行為實驗是其主要的評價方法。
抑郁行為是動物面臨環(huán)境應(yīng)激等因素長期、慢性作用時，出現(xiàn)快感缺失、行為絕望、獲得性無助等情緒反應(yīng)。焦慮行為本質(zhì)上動物新奇環(huán)境探索心理和對其恐懼而形成的沖突產(chǎn)生的行為。抑郁行為實驗方法主要包括獲得性無助、強迫游泳、懸尾、糖水偏愛、新奇物體探索、曠場等; 焦慮行為實驗方法主要有、曠場、明暗箱、新奇環(huán)境攝食抑制、飲水沖突實驗等。
2. 1 抑郁行為實驗方法
人們對情緒神經(jīng)機制的粗略認識源于第yi次世界大戰(zhàn)顱腦損傷的傷員。在不違反倫理的情況下，研究者以實驗動物為研究對象，毀損實驗動物的某些腦區(qū)，研究動物情緒的變化，發(fā)現(xiàn)了動物情緒的神經(jīng)回路。1928 年 Walter Hess 等人發(fā)現(xiàn)刺激貓的下丘腦可以誘發(fā)貓的攻擊性行為，包括毛發(fā)豎起、憤怒恐懼等表現(xiàn)。如果切斷下丘腦與腦干之間的聯(lián)系，則無法觀察到動物的攻擊性行為，提示多個核團的相互作用可能是形成情緒神經(jīng)活動的基礎(chǔ)。20 世紀 30 年代，研究者開始提出存在一個發(fā)起情緒、輸出情緒和感受情緒的中樞神經(jīng)系統(tǒng)環(huán)路———Papez 環(huán)路。同期，芝加哥大學(xué)的Kluver 和 Bucy 發(fā)現(xiàn)，恒河猴在雙側(cè)顳葉被切除之后，出現(xiàn)恐懼減少。甚至當它們的身邊出現(xiàn)天敵蛇類的時候，實驗猴也不會逃避。而且，通常與恐懼有關(guān)的發(fā)聲和面部表情也在減少。這些觀察都提示，顳葉切除可能會導(dǎo)致正常情緒體驗和表達的減少 。研究者繼續(xù)雙側(cè)切除野貓的杏仁核，發(fā)現(xiàn)野貓像家貓一樣溫馴。而大鼠雙側(cè)杏仁核切除后會主動接近一只安靜的貓。1954 年， Karl Pribram 等人損毀猴王的雙側(cè)杏仁核，發(fā)現(xiàn)猴王的社會地位降到社會醉底層。以上實驗提示杏仁核在恐懼和攻擊行為中的功能。1954 年美國著名的心理學(xué)家 James Olds 和 Peter Milner 將極為細小的針狀電極埋藏于實驗動物腦內(nèi)，并通過這些電極施以電脈沖以影響腦深處的活動，發(fā)現(xiàn)腦的正性強化中樞。這些通過損毀實驗動物的某些腦區(qū)或埋入電極研究情緒的方法，為情緒神經(jīng)生物學(xué)機制的研究奠定了重要基礎(chǔ)。
世紀 30 年代，人們也開始在實驗室環(huán)境，研究并摸索如何評價動物的情緒狀態(tài)。1934 年， Hall *使用曠場實驗 ( open field) ，觀察大鼠禁食后，活動增強，并且進入中央?yún)^(qū)時間減少，出現(xiàn)焦慮狀態(tài)。1968 至1975 年，Seligman 相繼以狗和大鼠為實驗對象，建立了獲得性無助動物模型及評價方法，模擬抑郁癥病人的習(xí)得性無助行為，具有良好的表觀效度，一直用于抑郁癥的病理生理機制及抗抑郁藥效學(xué)研究。1977年，Porsolt 等用大小鼠建立了強迫游泳( forced swimming) 行為學(xué)評價方法; 1985 年，Steru 等建立了小鼠懸尾評價方法。這兩種方法被廣泛用于抗抑郁藥物的篩選，具有良好的預(yù)測效度。1982 年，Katz 等發(fā)現(xiàn)，慢性應(yīng)激狀態(tài)的大鼠對蔗糖水的攝入量下降。Willner 及其同事?lián)私⒘颂撬珢蹖嶒?，用評價抑郁癥動物模型的快感缺失狀態(tài)。在國內(nèi)，劉新民等建立了獲得性無助分析系統(tǒng)和懸尾測試分析系統(tǒng) 廣泛應(yīng)用于大小鼠抑郁模型情緒評價。非人靈長類動物因為在遺傳學(xué)、解剖結(jié)構(gòu)等方面與人類更為接近，是抑郁癥等精神疾病的理想模型。研究者應(yīng)用母嬰分離、調(diào)整群體的社會等級次序等方法建立了抑郁癥模型，表現(xiàn)為蜷縮行為、體重下降、自主活動度降低、躲避行為增多等。目前這些行為學(xué)指標的評價，大都采用錄像后人工分析和量表評定的方法進行研究。
2. 2 焦慮行為實驗方法
焦慮癥是一種以焦慮情緒為主的神經(jīng)癥，動物面臨危險情景時防御反應(yīng)系統(tǒng)激活，在行為學(xué)上表現(xiàn)為呆滯不動、探究抑制、逃跑、掩埋等，以及心率加快、排尿、血漿皮質(zhì)酮水平增加等，與人焦慮癥表現(xiàn)有相似之處。高架十字迷宮即利用動物對新異環(huán)境的探究特性和對開臂的恐懼形成矛盾沖突，用于抗焦慮藥物的篩選及焦慮作用機制的研究 。曠場實驗也是利用動物對陌生環(huán)境的恐懼，主要在周邊區(qū)域活動，在中央?yún)^(qū)域活動較少的原理，研究動物的焦慮行為。
3、運動行為實驗方法
運動行為實驗方法包括一般運動行為學(xué)評價，如曠場實驗; 協(xié)調(diào)運動評價如轉(zhuǎn)輪、平衡木實驗等;肌力評價如握力實驗; 耐力行為學(xué)評價，如負重游泳、跑臺實驗等。
動物的各式各樣運動，如跑、跳、游泳、飛翔等，是實驗動物行為學(xué)研究的重要組成部分。同時，動物的每一種行為學(xué)檢測方法都需要動物進行運動。如果動物的運動功能被削弱，就不能承擔(dān)復(fù)雜的實驗任務(wù)，比如迷宮的訓(xùn)練、社交行為的檢測甚至覓食等活動都會受限，從而影響實驗結(jié)果。另外，運動功能障礙也是帕金森病、腦缺血等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的主要臨床表現(xiàn)。因此，運動功能檢測是實驗動物行為學(xué)檢測的重要內(nèi)容。
曠場實驗可用于檢測動物的自發(fā)活動行為。
滾軸實驗( rotarod test) 需要動物在滾軸上保持平衡并連續(xù)運動，用于檢測動物的協(xié)調(diào)性。
平衡木實驗觀察受試動物能否跨越一系列的窄木到達一個封閉安全的平臺，主要用于測定動物的平衡能力。
握力實驗( grip strength) 是根據(jù)大小鼠善于攀爬，喜用爪抓持物體的習(xí)性而設(shè)計，主要用于檢測嚙齒類動物肌肉力量和神經(jīng)肌肉接頭功能。
負重游泳實驗可用于檢測動物的耐力，建立疲勞模型。謝磊等建立視頻原理的負重游泳分析系統(tǒng)，減少人footprint analysis) 用于定量評估人或動物的步態(tài)，早源于臨床上對患者步態(tài)的分析，而后用于動物步態(tài)分析。
Li 等 結(jié)合光學(xué)足跡增強、高速分辨攝像以及智能足跡識別技術(shù)建立VisuGait全自動步態(tài)分析系統(tǒng)，可以穩(wěn)定識別動物的足跡，并提出平均體轉(zhuǎn)角等更為靈敏可靠的行為學(xué)指標。
靈長類動物的運動行為評價，如取物實驗等，計算動物將食槽中的蘋果全部取走的時間，一般需要人工計時。紅外和視頻原理的非人靈長類行為分析系統(tǒng)，可用于分析動物的晝夜運動路程、運動及靜止時間等，也正逐漸用于非人靈長類動物運動行為分析。
如果您對動物行為學(xué)實驗感興趣，可以關(guān)注我們公眾號：bioviewer，定期更新好文章和好視頻，交流學(xué)習(xí)！
