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淺析動物行為學實驗方法的研究方向分類
點擊次數:425 發布時間:2020-08-17

       動物行為實驗方法早期研究主要是為學習記憶行為設計的,後來發展為情緒表達、運動行為、社交行為、疼痛及成癮性等行為實驗方法。目前主要的行為學實驗包括學習記憶行為實驗、抑鬱行為實驗、焦慮行為實驗、恐懼行為實驗、自發活動行為實驗、節律行為實驗、攻擊行為實驗、防禦行為實驗、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。研究多的主要是學習記憶、情緒和運動行為等。

1、學習記憶行為實驗方法

        學習是神經係統接受外界環境變化獲得新行為和經驗的過程,記憶是指對學習獲得的經驗或行為的保持,包括獲得、鞏固、再現及再鞏固四個環節。學習和記憶二者是互相聯係的神經活動過程,學習過程中必然包含記憶,而記憶總是需要以學習為先決條件。研究者設計了多種學習記憶行為實驗方法用於評價學習記憶。

  • 學習 記 憶 行 為 實 驗 方 法 的 開 掘 者 包 括Thorndike、Pavlov 和 B. F. Skinner 等。1937 年Skinner *建立了基於操作的學習記憶行為實驗方法 - 斯金納箱

  • 1930 年,Tolman和Honzik 應用個單元的 T 型迷宮,研究大鼠的潛伏學習( latent learning) 。後來,多單元迷宮演變為目前應用的 T 迷宮。1939 年,Dennis *定義了大鼠在 T 迷宮中的自發交替( spontaneous alternation) 行為,認為大鼠能夠對探索過的臂產生內起抑製 ( internalinhibition) ,而進入沒有探索過的臂,從而增加發現食物的機會。

  • 1979 年,Barnes 建立了巴恩斯迷宮( Barnes maze) ,動物不需要限食,基於其天生的探索特性,應用噪音、強光和暴露的開放環境作為應激手段,促使動物尋找目標洞。

  • 1981 年,Morris建立了水迷宮方法,基於動物厭惡水環境的特性,強迫實驗動物遊泳,學習尋找隱藏在水中的平台。水迷宮是學習記憶行為學評價的另一個標誌性事件,主要用於海馬依賴的空間參考記憶和工作記憶的研究。

  • 1988 年,Ennaceur 等基於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,該方法不需要學習訓練,無需禁食禁水,不用施加懲罰或獎賞刺激,對動物的應激影響較小,與人類的再認記憶檢測相似類的再認記憶檢測相似。大小鼠的觸屏認知係統也相繼問世,用於認知功能的評價,尤其在神經精神疾病藥物篩選中發揮重要作用。

  • 非人靈長類動物具有與人類相似的大腦結構,具備高級腦功能,可以被訓練完成特定類型的測試任務,對評價認知能力、情緒反應等具有齧齒類動物無法替代的作用。觸屏測試認知係統是目前廣為接受的靈長類動物認知行為的評價方法。該方法源於人的神經行為測試的計算機化形式。劍橋神經心理測試自動化組合 [Neuro behavioral Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery CANTAB) ]是觸屏認知測試係統的經典設備。動物通過觸摸屏,完成高通量的係列模塊化測試,如強化認知、內外空間的設置變化與視覺辨別、對顯示符號的短暫識別和不識別、空間記憶、選擇序列反應時測試和成對結合學習等。

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象,反映了機體對不斷變化的環境所采取的適應模式。從心理學的層麵來說,情緒是對客觀事物的態度體驗和行為反應,為人和動物所共有,主要包括抑鬱、焦慮、恐懼三類行為。由於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。

抑鬱行為是動物麵臨環境應激等因素長期、慢性作用時,出現快感缺失、行為絕望、獲得性無助等情緒反應。焦慮行為本質上動物新奇環境探索心理和對其恐懼而形成的衝突產生的行為。抑鬱行為實驗方法主要包括獲得性無助、強迫遊泳、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、新奇環境攝食抑製、飲水衝突實驗等。

2. 1 抑鬱行為實驗方法

人們對情緒神經機製的粗略認識源於第yi次世界大戰顱腦損傷的傷員。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,研究動物情緒的變化,發現了動物情緒的神經回路。1928 年 Walter Hess 等人發現刺激貓的下丘腦可以誘發貓的攻擊性行為,包括毛發豎起、憤怒恐懼等表現。如果切斷下丘腦與腦幹之間的聯係,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活動的基礎。20 世紀 30 年代,研究者開始提出存在一個發起情緒、輸出情緒和感受情緒的中樞神經係統環路———Papez 環路。同期,芝加哥大學的Kluver 和 Bucy 發現,恒河猴在雙側顳葉被切除之後,出現恐懼減少。甚至當它們的身邊出現天敵蛇類的時候,實驗猴也不會逃避。而且,通常與恐懼有關的發聲和麵部表情也在減少。這些觀察都提示,顳葉切除可能會導致正常情緒體驗和表達的減少 。研究者繼續雙側切除野貓的杏仁核,發現野貓像家貓一樣溫馴。而大鼠雙側杏仁核切除後會主動接近一隻安靜的貓。1954 年, Karl Pribram 等人損毀猴王的雙側杏仁核,發現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家 James Olds 和 Peter Milner 將極為細小的針狀電極埋藏於實驗動物腦內,並通過這些電極施以電脈衝以影響腦深處的活動,發現腦的正性強化中樞。這些通過損毀實驗動物的某些腦區或埋入電極研究情緒的方法,為情緒神經生物學機製的研究奠定了重要基礎。

世紀 30 年代,人們也開始在實驗室環境,研究並摸索如何評價動物的情緒狀態。1934 年, Hall *使用曠場實驗 ( open field) ,觀察大鼠禁食後,活動增強,並且進入中央區時間減少,出現焦慮狀態。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,模擬抑鬱症病人的習得性無助行為,具有良好的表觀效度,一直用於抑鬱症的病理生理機製及抗抑鬱藥效學研究。1977年,Porsolt 等用大小鼠建立了強迫遊泳( forced swimming) 行為學評價方法; 1985 年,Steru 等建立了小鼠懸尾評價方法。這兩種方法被廣泛用於抗抑鬱藥物的篩選,具有良好的預測效度。1982 年,Katz 等發現,慢性應激狀態的大鼠對蔗糖水的攝入量下降。Willner 及其同事據此建立了糖水偏愛實驗,用評價抑鬱症動物模型的快感缺失狀態。在國內,劉新民等建立了獲得性無助分析係統和懸尾測試分析係統 廣泛應用於大小鼠抑鬱模型情緒評價。非人靈長類動物因為在遺傳學、解剖結構等方麵與人類更為接近,是抑鬱症等精神疾病的理想模型。研究者應用母嬰分離、調整群體的社會等級次序等方法建立了抑鬱症模型,表現為蜷縮行為、體重下降、自主活動度降低、躲避行為增多等。目前這些行為學指標的評價,大都采用錄像後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

焦慮症是一種以焦慮情緒為主的神經症,動物麵臨危險情景時防禦反應係統激活,在行為學上表現為呆滯不動、探究抑製、逃跑、掩埋等,以及心率加快、排尿、血漿皮質酮水平增加等,與人焦慮症表現有相似之處。高架十字迷宮即利用動物對新異環境的探究特性和對開臂的恐懼形成矛盾衝突,用於抗焦慮藥物的篩選及焦慮作用機製的研究 。曠場實驗也是利用動物對陌生環境的恐懼,主要在周邊區域活動,在中央區域活動較少的原理,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評價,如曠場實驗; 協調運動評價如轉輪、平衡木實驗等;肌力評價如握力實驗; 耐力行為學評價,如負重遊泳、跑台實驗等。

動物的各式各樣運動,如跑、跳、遊泳、飛翔等,是實驗動物行為學研究的重要組成部分。同時,動物的每一種行為學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,就不能承擔複雜的實驗任務,比如迷宮的訓練、社交行為的檢測甚至覓食等活動都會受限,從而影響實驗結果。另外,運動功能障礙也是帕金森病、腦缺血等中樞神經係統疾病的主要臨床表現。因此,運動功能檢測是實驗動物行為學檢測的重要內容。

  • 曠場實驗可用於檢測動物的自發活動行為。

  • 滾軸實驗( rotarod test) 需要動物在滾軸上保持平衡並連續運動,用於檢測動物的協調性。

  • 平衡木實驗觀察受試動物能否跨越一係列的窄木到達一個封閉安全的平台,主要用於測定動物的平衡能力。

  • 握力實驗( grip strength) 是根據大小鼠善於攀爬,喜用爪抓持物體的習性而設計,主要用於檢測齧齒類動物肌肉力量和神經肌肉接頭功能。

  • 負重遊泳實驗可用於檢測動物的耐力,建立疲勞模型。謝磊等建立視頻原理的負重遊泳分析係統,減少人footprint analysis) 用於定量評估人或動物的步態,早源於臨床上對患者步態的分析,而後用於動物步態分析。

  • Li 等 結合光學足跡增強、高速分辨攝像以及智能足跡識別技術建立VisuGait全自動步態分析係統,可以穩定識別動物的足跡,並提出平均體轉角等更為靈敏可靠的行為學指標。

  • 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係統,可用於分析動物的晝夜運動路程、運動及靜止時間等,也正逐漸用於非人靈長類動物運動行為分析。

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