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【脑声常谈】动物行为实验指南：小鼠视觉行为测试之黑白箱实验

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2024-09-19 01:55

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本文完整版收录在即将印刷的《动物行为实验指南》中，特别详细，啮齿动物及斑马鱼视觉行为测试所有实验，全部收录其中，预计11月份完成！

【赛业云课堂】从分子到细胞到行为——详解大小鼠视力行为学实验及其应用

概述

Light-dark transition test明-暗箱实验由Crawley和Goodwin于1980年首次提出，是一种简单而有效的实验，可以帮助研究者评估小鼠的焦虑水平或者用于评估视觉引导的行为分析，以及药物或其他治疗方法对小鼠焦虑状态或者视觉水平的影响。啮齿动物对高度照明的开放区域感到厌恶，因为它们代表潜在危险区域，而黑暗区域暗示一定程度的安全。因此，明-暗箱实验可以帮助研究者了解小鼠的行为和动物心理学，以及与焦虑或者视觉相关的神经生物学机制。明暗箱最常见的用途是评估各种压力和焦虑模型，以及抗焦虑和抗抑郁药物的疗效。例如，目前常用的抗抑郁药吗氯贝胺和司来吉兰在其早期开发过程中在明暗箱中进行了试验。因此，无论有无诱发焦虑样行为，明暗箱测试都可以为降低啮齿动物应激和焦虑水平的药理学或行为干预疗法提供了充足的试验场所。此外，最近的实验显示出了明暗箱在视觉引导的行为测试的应用潜力。

在这个实验中，小鼠被放置在两个相邻的房间或隔间之间，一个房间是明亮的（亮区），而另一个房间则是相对较暗的（暗区）。小鼠被放置在暗室中，然后开门，使其可以进入明亮的房间。记录小鼠进入亮区、离开亮区和进入暗区的次数以及所花费的时间。

在这个实验中，如果小鼠表现出，花费更多的时间待在暗室中，减少在亮区停留的时间，以及减少进入亮区的次数则测试小鼠被认为是焦虑的。相反，如果小鼠花费更多的时间在亮区中，并且增加了进入亮区的次数，那么它们被认为是不焦虑的。同理，对于具有一定视力的测试小鼠来说，光-暗转换实验也可用于评估视觉引导的行为分析。本篇主要以视觉测试方法介绍为主。

实验动物

黑白箱测试通常使用的小鼠模型包括但不限于以下几种：

野生型小鼠：野生型小鼠通常用作光暗转换测试中的对照组。它们具有正常的焦虑样行为，可作为其他小鼠模型的基线比较。

视网膜缺陷/疾病小鼠模型：这些小鼠因视网膜发育缺陷/疾病而表现出视觉障碍，通常显示出在黑白箱测试中迷失或困惑的行为。

焦虑小鼠：具有自然高水平焦虑样行为的小鼠模型通常用于明暗转换测试。这些老鼠可能有基因突变，或者是针对焦虑行为进行了选择性培育。

转基因小鼠：具有改变神经递质水平、神经元形态或突触可塑性的特定基因修饰的小鼠可用于研究焦虑样行为背后的神经机制。

药理学操作的小鼠：药物或其他化合物对焦虑样行为的影响可以使用小鼠的明暗转换试验进行研究。例如，可以使用增加或减少焦虑样行为的药物，并评估对行为的影响。

精神分裂症小鼠模型：这些小鼠由于基因突变或其他因素而表现出精神分裂症的症状，通常表现出在黑白箱测试中产生焦虑和行为异常的行为。

慢性压力模型：通过长时间的、不可逆转的压力诱导小鼠产生焦虑和抑郁等压力反应，表现为行为活动的减少、食欲和体重下降、运动能力下降、自我照顾行为增加等。

唐氏综合症模型：模拟人类唐氏综合症的遗传基础和症状，包括智力低下、面部特征异常、神经发育不良等。

自闭症模型：模拟人类自闭症的神经生物学基础和症状，表现为社交交往障碍、语言发育滞后、刻板重复行为等。

年龄: 建议实验鼠在3周龄以上，年龄太小的小鼠状态不稳定，对实验影响较大。

品系：实验动物包括小鼠、大鼠、豚鼠、仓鼠等啮齿类动物，可以根据研究问题和特定品系的可用性而变化。

饲养条件：小鼠通常被安置在标准在每笼 3-5 组的实验室笼子里饲养，食物和水随用随取，并保持12小时的光-暗循环周期，保持在温度（~23°C）和湿度可控的房间内。

实验开始前5-7d每天抚摸动物1-2min，减少无关刺激对实验的影响。对一般体征进行观察，选用健康状况良好的动物供实验使用。

实验仪器介绍

明暗箱（45cm*27cm*27cm）中暗箱占三分之一，顶部加盖；明箱占三分之二，亮光照明，两箱之间的隔墙有一个 7.5cm*7.5cm 的门洞供动物穿过。明箱内涂成白色，暗箱内涂成黑色）。小鼠最初被释放到明室中，背对开口，它们在两个隔室之间自由移动5分钟。根据光暗盒系统XR-XB120（上海欣软）相机记录的行为，自动分析行为参数，包括花费的时间，行进的距离，饲养时间，花费的最大或最小访问时间，穿梭总次数以及在明暗隔间的平均速度。

明暗箱，也叫黑白箱，型号：XR-XB120,上海欣软

实验流程

详见印刷版《动物行为实验指南》！

数据采集与处理

数据导出

采集分析栏：可添加或删除轨迹，可批量导出轨迹图，批处理录像，批量导出行为记录，批量导出重心坐标轨迹，以及批量导出轨迹热图。建议提前设置好相关实验数据文件夹。

数据数据栏: 在导出实验数据前请务必选择包括总区域内的最大速度，静止时间百分比；明暗箱中的路程百分比，持续时间百分比，静止时间百分比，最长访问时间比，最短访问时间比，首次进入前路程，首次离开时间等。

数据处理

我们建议使用Excel进行数据汇总，采用GraphPad prism 8.0软件进行数据处理，主要是将数据表格中的持续时间(s)，平均速度(mm/s)，进入次数，潜伏期(s)，静止时间(s)，路程比例(%)，持续时间比例(%)，静止时间比例(%)，最长访问时间(s)，最短访问时间(s)，首次进入前路程(mm)进行分组处理来进行数据分析统计处理。采用单因素方差分析（oneway-ANOVA），当多组间有差异时，两两比较采用Fisher's LSD post hoc多重比较方法。P<0.05认为具有统计学显著性差异。