場(chǎng)景恐懼實(shí)驗(yàn)分析系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
場(chǎng)景恐懼實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(FCS)用于小型嚙齒類動(dòng)物(大、小鼠)環(huán)境相關(guān)條件性恐懼實(shí)驗(yàn)研究。嚙齒類動(dòng)物在恐懼時(shí)會(huì)表現(xiàn)出*的不動(dòng)狀態(tài)(immobility),動(dòng)物在這種情況下傾向于保持靜止不動(dòng)的防御姿勢(shì)。抗抑郁藥和抗中樞興奮藥可以明顯縮短不動(dòng)狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,實(shí)驗(yàn)對(duì)象被給與一個(gè)聲音信(條件刺激),隨后給予(非條件)刺激。該訓(xùn)練稱為條件性訓(xùn)練,訓(xùn)練結(jié)束后實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行聲音信號(hào)或環(huán)境聯(lián)系性實(shí)驗(yàn)。一般情況下嚙齒類動(dòng)物對(duì)相應(yīng)的環(huán)境和不同環(huán)境下同樣的聲音信號(hào)都會(huì)做出明顯的條件性恐懼反應(yīng),如靜止不動(dòng)。這種測(cè)試可以在訓(xùn)練結(jié)束后立刻或幾天后進(jìn)行可以提供在條件信號(hào)影響下短期和*記憶的信息。
場(chǎng)景恐懼實(shí)驗(yàn)介紹:
場(chǎng)景恐懼是基于巴普洛夫條件反射而建立的。它測(cè)定動(dòng)物學(xué)習(xí)、記憶不悅經(jīng)歷和環(huán)境暗示之間關(guān)聯(lián)的能力。常用聲音或光暗示作為條件以厭惡性刺激作為非條件刺激二者配對(duì)出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)這種CS-US訓(xùn)練,動(dòng)物不僅學(xué)會(huì)聲音和之間存在聯(lián)系,而且知道和周圍環(huán)境之間也存在某種聯(lián)系。前者為聽覺暗示條件恐懼或暗示條件恐懼后者為關(guān)聯(lián)條件恐懼。恐懼是非靈長(zhǎng)類動(dòng)物少有的幾種情感反應(yīng)。動(dòng)物經(jīng)歷條件恐懼后,當(dāng)再次接觸條件刺激時(shí),會(huì)產(chǎn)生一系列的生理反應(yīng),包括自主神經(jīng)緊張、應(yīng)激激素分泌增加以及防御行為增多,等等。凝滯即是動(dòng)物防御行為的一種,是指動(dòng)物除呼吸之外沒有任何其他活動(dòng),猶如在黑夜處于迎面而來(lái)的汽車強(qiáng)燈照射之下的驚鹿,一動(dòng)不動(dòng)。它被認(rèn)為是評(píng)價(jià)嚙齒類動(dòng)物恐懼的可靠指標(biāo)。
參與條件關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)過(guò)程的腦部結(jié)構(gòu)主要為杏仁核和海馬。前者調(diào)節(jié)恐懼,后者調(diào)節(jié)與恐懼性事物相關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)認(rèn)知。所以,這一模型主要用于杏仁核和海馬依賴的記憶。動(dòng)物不需要禁水或禁食,且實(shí)驗(yàn)設(shè)備較為簡(jiǎn)單,訓(xùn)練時(shí)間相對(duì)較短。因此,該模型廣泛用于轉(zhuǎn)基因小鼠敲除小鼠的行為表型研究。
場(chǎng)景恐懼實(shí)驗(yàn)分析系統(tǒng)分為三個(gè)階段:
階段:條件性訓(xùn)練(1 天) 無(wú)刺激 180s
聲音信號(hào) 30s 2s 無(wú)刺激 20s
階段為訓(xùn)練實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)動(dòng)物被給與條件性 聲音刺激。
第二階段:環(huán)境相關(guān)(2 天) 無(wú)刺激 180s
第二階段將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物放入階段中的環(huán)境中
以期評(píng)價(jià)環(huán)境相關(guān)的條件性恐懼程度。
第三階段:改變的環(huán)境相關(guān)信息(2 天+2h) 無(wú)刺激 180s 聲音 180s 無(wú)刺激 60s
改變環(huán)境信息(比如在實(shí)驗(yàn)箱中放入一個(gè)分隔板、改變光源和背景噪音或用其他溶液清洗實(shí)驗(yàn)箱等)后觀察動(dòng)物的條件性恐懼程度。刺激的順序由實(shí)驗(yàn)者決定。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過(guò)軟件系統(tǒng)對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以上的實(shí)驗(yàn)中,第二階段沒有給與任何刺激但是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物表現(xiàn)出明顯的環(huán)境相關(guān)性恐懼。在第三階段,同一只動(dòng)物在改變了環(huán)境后沒有表現(xiàn)出任何不動(dòng)反應(yīng)(活動(dòng)性減少),但是在給與聲音信號(hào)后,可以觀察到明顯地條件性恐懼反應(yīng)。
場(chǎng)景恐懼實(shí)驗(yàn)結(jié)算與分析:
因?yàn)椴煌愋偷膶W(xué)習(xí)凝滯時(shí)間不同,所以*常使用百分計(jì):
關(guān)聯(lián)=(關(guān)聯(lián)測(cè)試中的凝滯得分/30)*
變更關(guān)聯(lián)(條件刺激前)=(變更關(guān)聯(lián)中的凝滯得分/18)*
聽覺暗示(條件刺激)=(聽覺條件刺激中凝滯得分/18)*
對(duì)每一不同的凝滯測(cè)試計(jì)分進(jìn)行重復(fù)測(cè)量單因素方差分析(ANOVA),從此比較關(guān)聯(lián)和變更關(guān)聯(lián)或聽覺暗示之間的條件恐懼程度,并確定組間差異。一般而言,動(dòng)物在聽覺暗示中的凝滯行為要比關(guān)聯(lián)測(cè)試的多。在變更關(guān)聯(lián)測(cè)試中,由于關(guān)聯(lián)條件箱已被改造得“面目全非”,訓(xùn)練時(shí)動(dòng)物獲得的對(duì)周圍環(huán)境的關(guān)聯(lián)幾乎不存在,因此,凝滯行為應(yīng)該*少。關(guān)聯(lián)與變更關(guān)聯(lián)差別很大,凝滯計(jì)分差別越大。
如果動(dòng)物在第二天的關(guān)聯(lián)測(cè)試和聽覺暗示測(cè)試中出現(xiàn)凝滯,而在變更關(guān)聯(lián)測(cè)試中不表現(xiàn)凝滯行為,則可認(rèn)定:動(dòng)物的感覺和運(yùn)動(dòng)功能均正常;能記住前一天與厭惡刺激配對(duì)出現(xiàn)的暗示信號(hào);能分辨前一天不與厭惡刺激配對(duì)出現(xiàn)的暗示信號(hào),說(shuō)明動(dòng)物具有正常的記憶。這些測(cè)試中的任何一項(xiàng)增強(qiáng)或減弱,提示調(diào)節(jié)記憶情感部分的神經(jīng)解剖、神經(jīng)遞質(zhì)和基因可能發(fā)生變化。
場(chǎng)景恐懼實(shí)驗(yàn)硬件:
由鋁合金、科研有機(jī)玻璃制成,方便拆卸更換,無(wú)毒無(wú)味,外觀美觀堅(jiān)固耐用。實(shí)驗(yàn)環(huán)境由場(chǎng)景集控器控制,集控器集成了通風(fēng)扇、蜂鳴器、LED 白光燈和紅外燈等,安裝于實(shí)驗(yàn)箱頂蓋上,用來(lái)提供實(shí)驗(yàn)所需的環(huán)境及條件性刺激信號(hào)。2 條件控制器:用于人工控制聲音發(fā)生、
光源、電刺激等3 器:條件性恐懼器(與金屬柵欄相連),另一端與控制器相連。裝有模塊的微處理器提供持續(xù)的電流刺激,通過(guò)軟件可調(diào)刺激電流。
場(chǎng)景恐懼實(shí)驗(yàn)方法設(shè)備:
包括條件恐懼箱、隔音箱和關(guān)聯(lián)條件箱,條件恐懼箱包括與箱底格柵地板相聯(lián)的發(fā)生器(可產(chǎn)生0.1~1.0mA的各種強(qiáng)度的)、聲音發(fā)生器(可產(chǎn)生寬頻的卡嗒聲或低頻音),并與計(jì)算機(jī)相聯(lián)。隔音箱裝有一燈、一小風(fēng)扇(用于通風(fēng)和產(chǎn)生背景音)以及一個(gè)與聲音發(fā)生器相聯(lián)的擴(kuò)音器。隔音箱門上有一貓眼,用于觀察操作箱內(nèi)的動(dòng)物。一個(gè)隔音箱內(nèi)可放置兩個(gè)操作箱,這樣可同時(shí)觀測(cè)兩只動(dòng)物,但兩動(dòng)物彼此不能互相看見。關(guān)聯(lián)箱由透明有機(jī)玻璃制成,有可移動(dòng)的格柵式地板和紗窗式頂部。為防止動(dòng)物滑至格柵下面,格柵條之間距離應(yīng)足夠短。對(duì)小鼠和年幼大鼠,關(guān)聯(lián)條件箱通常為26cm*21cm*10cm;格柵地板由不銹鋼條(直徑1.5mm,*間距小鼠為0.5cm、年幼大鼠為1.2cm)組成。對(duì)成年大鼠,關(guān)聯(lián)箱通常為29cm*23.5cm*19.5cm,格柵地板包括16根不銹鋼條(直徑2.5cm、*間距為1.25cm)。此外,還有電壓計(jì)和聲強(qiáng)計(jì),用來(lái)檢測(cè)刺激強(qiáng)度。
場(chǎng)景恐懼實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法與實(shí)驗(yàn):
因?yàn)椴煌愋偷膶W(xué)習(xí)凝滯時(shí)間不同,所以*常使用百分計(jì):
關(guān)聯(lián)=(關(guān)聯(lián)測(cè)試中的凝滯得分/30)*
變更關(guān)聯(lián)(條件刺激前)=(變更關(guān)聯(lián)中的凝滯得分/18)*
聽覺暗示(條件刺激)=(聽覺條件刺激中凝滯得分/18)*
對(duì)每一不同的凝滯測(cè)試計(jì)分進(jìn)行重復(fù)測(cè)量單因素方差分析(ANOVA),從此比較關(guān)聯(lián)和變更關(guān)聯(lián)或聽覺暗示之間的條件恐懼程度,并確定組間差異。一般而言,動(dòng)物在聽覺暗示中的凝滯行為要比關(guān)聯(lián)測(cè)試的多。在變更關(guān)聯(lián)測(cè)試中,由于關(guān)聯(lián)條件箱已被改造得“面目全非”,訓(xùn)練時(shí)動(dòng)物獲得的對(duì)周圍環(huán)境的關(guān)聯(lián)幾乎不存在,因此,凝滯行為應(yīng)該*少。關(guān)聯(lián)與變更關(guān)聯(lián)差別很大,凝滯計(jì)分差別越大。
如果動(dòng)物在第二天的關(guān)聯(lián)測(cè)試和聽覺暗示測(cè)試中出現(xiàn)凝滯,而在變更關(guān)聯(lián)測(cè)試中不表現(xiàn)凝滯行為,則可認(rèn)定:動(dòng)物的感覺和運(yùn)動(dòng)功能均正常;能記住前一天與厭惡刺激配對(duì)出現(xiàn)的暗示信號(hào);能分辨前一天不與厭惡刺激配對(duì)出現(xiàn)的暗示信號(hào),說(shuō)明動(dòng)物具有正常的記憶。這些測(cè)試中的任何一項(xiàng)增強(qiáng)或減弱,提示調(diào)節(jié)記憶情感部分的神經(jīng)解剖、神經(jīng)遞質(zhì)和基因可能發(fā)生變化。
場(chǎng)景恐懼實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng):
1.動(dòng)物對(duì)的反應(yīng)部分地取決于非條件刺激的強(qiáng)度和痛#。當(dāng)動(dòng)物(尤其是基因改變的動(dòng)物,如轉(zhuǎn)基因或基因敲除小鼠)不能學(xué)會(huì)關(guān)聯(lián)條件反射時(shí),可能是強(qiáng)度不夠或痛#偏高所致。對(duì)條件反應(yīng)程度與強(qiáng)度進(jìn)行比較分析,可排除對(duì)強(qiáng)度因素的疑慮;對(duì)刺激電流強(qiáng)度(0.1~0.7mA)與反應(yīng)作一“量-效曲線”,可評(píng)價(jià)動(dòng)物的痛#或?qū)Φ拿舾行?。此外,格柵地板若沾有?dòng)物的排泄物也可改變電刺激強(qiáng)度。因此,應(yīng)保持格柵地板的清潔與干燥。
2.由于老年動(dòng)物聽力減弱甚至喪失,對(duì)聽覺暗示可能反應(yīng)遲鈍或無(wú)反應(yīng)。此外,有些品系的小鼠,即使在成年早期,對(duì)高頻音刺激的反應(yīng)尤其減弱。因此,用這一模型測(cè)定老年動(dòng)物或某些品系的小鼠時(shí)應(yīng)特別謹(jǐn)慎,并避免用高頻音刺激。
3.要使動(dòng)物在關(guān)聯(lián)測(cè)試中表現(xiàn)凝滯行為,必須讓其在操作箱內(nèi)有適當(dāng)?shù)臅r(shí)間。應(yīng)避免將動(dòng)物放入箱內(nèi)便立即給予電刺激,因?yàn)檫@樣動(dòng)物沒有時(shí)間在與箱內(nèi)環(huán)境(關(guān)聯(lián))之間形成聯(lián)系。
4.觀察者必須快速、準(zhǔn)確地判定動(dòng)物是否表現(xiàn)凝滯行為,而不應(yīng)在整個(gè)10s觀察期間死盯著動(dòng)物,以免動(dòng)物在這10s間隙活動(dòng)而導(dǎo)致計(jì)分不準(zhǔn)。不同觀察者應(yīng)用同一種方法計(jì)分,兩名觀察者計(jì)分之間的相關(guān)系數(shù)應(yīng)在0.98以上。同樣地,當(dāng)采用自動(dòng)計(jì)分系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)分時(shí),應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié),使之與人工方法計(jì)分相比,兩者的相關(guān)系數(shù)在0.98~1之間。
5.在本實(shí)驗(yàn)中,先測(cè)試關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí),再測(cè)試暗示條件反應(yīng)。在關(guān)聯(lián)測(cè)試中沒有聽覺暗示刺激,因此,動(dòng)物在暗示條件測(cè)試時(shí)對(duì)聽覺刺激的反應(yīng)有可能發(fā)生消退(extinction)。理論上,這種聽覺暗示反應(yīng)可能減弱。為消除這種實(shí)驗(yàn)偏差,將其中一半動(dòng)物先測(cè)試聽覺暗示反應(yīng),一小時(shí)后再檢查關(guān)聯(lián)條件反應(yīng)。
6.實(shí)驗(yàn)分兩天進(jìn)行。訓(xùn)練和測(cè)試應(yīng)在每天的同一時(shí)間進(jìn)行。測(cè)試(凝滯計(jì)分)所花的時(shí)間比訓(xùn)練要長(zhǎng)的多,因此,同一批訓(xùn)練的動(dòng)物不宜過(guò)多。
7.暗示和關(guān)聯(lián)兩種條件恐懼可表現(xiàn)出發(fā)育差異和基因差異。例如,年齡在18天的大鼠有聽覺條件恐懼,但極少有關(guān)聯(lián)條件恐懼;而到23天時(shí),關(guān)聯(lián)和聽覺暗示條件恐懼都有。有些品系的小鼠(如DBA/2小鼠)只有很弱的關(guān)聯(lián)條件恐懼,但聽覺條件恐懼卻很好。
8.對(duì)有些基因型動(dòng)物,如果預(yù)先讓其短暫適應(yīng)關(guān)聯(lián)條件,關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)會(huì)得到改善。一般認(rèn)為這與海馬功能增強(qiáng)有關(guān)。這種適應(yīng)通常在訓(xùn)練前一天進(jìn)行,而且時(shí)間很短(30~60s)。
9.暗示條件恐懼由側(cè)杏仁核調(diào)節(jié),而關(guān)聯(lián)條件恐懼由杏仁核和海馬共同介導(dǎo)。毀損這些腦區(qū)可削弱或阻斷暗示與關(guān)聯(lián)恐懼條件反射
場(chǎng)景恐懼實(shí)驗(yàn)分析系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)