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大小鼠视力的行为评估方法

萌宠菠菠乐园
2024-09-19 01:55

一、视觉梯形水迷宫简介

为了评估啮齿类动物（如小鼠和大鼠）的视觉能力，我们开发了一种新型的行为评估方法。传统上，这类评估依赖于电生理学、视觉诱发电位或解剖学方法来确定视网膜的采样颗粒。这些方法虽然有效，但无法准确量化视觉功能，且因其侵入性，不利于对正常视觉发育的纵向测量或手术后功能恢复的时程研究。

我们的方法结合了行为技术和动物自身的心理-身体程序，以提供一种量化视觉功能的最佳方案，克服了传统方法的局限性。我们设计了一种基于计算机视觉识别技术的装置，可以快速确定啮齿类动物的视敏度。

该设备由一个梯形的水槽组成，水槽的宽端并排放置了两块计算机控制的显示器。水槽内填充15厘米深、温度约22°C的水。在两个显示器中，其中一个会随机显示一个光栅图案。实验前期，动物经过训练，学会从固定的距离游向显示光栅的屏幕，并逃至水下隐藏的平台。

此任务的基本原理是利用动物将正弦波光栅与逃逸水相关联的能力作为视觉敏锐度的指标。首先，动物需经过训练，以较高的可靠性区分低空间频率的正弦波光栅和均匀的灰色背景。然后，我们评估动物在较高空间频率上的区分能力。选择点和有效空间频率由分隔线的长度决定。

二、视觉梯形水迷宫训练方法

这项研究的目的是训练小鼠和大鼠在视觉水任务中，以定量评估它们对光栅的敏锐度。整个过程分为三个阶段：预训练、任务训练和视力测试。

2.1 预训练

在预训练阶段，目标是逐步训练动物在水中找到隐藏的平台。这一阶段开始于将动物放置在一个分隔的游泳池中，其中一个屏幕下方隐藏着平台，并显示着低空间频率的光栅。初始试验中，动物被放在离平台几厘米的水中，面向屏幕。大部分动物能够直接游向平台并停留几秒。每次试验后，动物被带回饲养笼中。随着试验次数的增加，动物从平台的释放距离逐渐增加，直至能够从池的另一端可靠地游至平台。

2.2 任务训练阶段

进入任务训练阶段，重点转向训练动物区分低空间频率的正弦波光栅和均质灰色背景。采用了LRLRRLRR和伪随机模式交替光栅和平台的位置，确保动物在所有试验中都必须游到平台。为达到视力测试阶段，动物需要在20至40次试验中达到80%以上的正确率。此阶段考虑了中央障碍物的长度，这会影响动物绕行以找到逃生平台的难度。

2.3 测试阶段

测试阶段采用了限制程序的方法，逐步调整刺激的空间频率，直到动物能够区分光栅和灰色背景。利用伪随机时间表确定显示测试光栅的监视器，动物在进行选择后，根据其反应调整刺激的空间频率。这一阶段使用了大约15种不同的空间频率对老鼠进行测试，而对大鼠则使用了约30种。试验通常分组进行，每组5至6只，每次持续45至60分钟，每天最多进行三次。当动物在空间频率上达到70%的准确度时，可认为达到了初步阈值。为确保准确性，需要重新测试靠近阈值的空间频率，直至产生清晰的性能模式。持续达到的最高空间频率被记录为敏锐度阈值，并可能对估计值周围的数据进行平均，并绘制出频次曲线。最终阈值估计值通常在2至3天内产生，小鼠约60次，大鼠约150次试验。