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动物行为学实验系列protocol(八)｜避暗实验

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2024-09-19 07:22

避暗实验（dark avoidance experiment）是一种常用于动物行为学研究的实验，尤其用于研究如何通过环境刺激影响动物的行为。这种实验通常涉及对动物（如老鼠或大鼠）的行为进行测试，以观察它们对于光照和黑暗环境的偏好以及对厌恶刺激的回避行为。

一、实验设备

避暗实验的设备通常包括一个被称为明/暗箱（light-dark box）的装置。这个装置由两个部分组成：

明亮箱（Light compartment）：这部分通常用光滑的白色塑料地板构成。一边设计为有灯光照亮，明亮的环境对动物来说是不舒适的，因为许多动物种类，如大鼠及小鼠，天生对强光有回避反应。

黑暗箱（Dark compartment）：这部分通常由黑色塑料墙和金属电网地板构成。它被设计为没有光照的黑暗环境，黑暗箱对动物来说更舒适，因为这些动物对黑暗环境有天然的偏好。

这两个室间通常由一个带有滑动门的分隔墙隔开，活动门打开后，动物可以从一个室自由地移动到另一个室。在实验过程中，动物的行为（如在两个室之间移动的频率和停留时间）被记录下来，以评估它们对光照和黑暗的反应。

二、实验流程

第一天（“适应”）

动物适应测试装置和操作装置两个隔间之间门产生的噪音。将动物放入明亮箱，门保持关闭，允许老鼠在明亮下自由探索，30秒后把活动门打开，允许动物移动到更舒适的黑暗箱。30秒过后，不管动物有没有进入黑暗箱，将动物从装置中取出，放回原笼。

第二天（“训练”）

将动物放入明亮箱，这时候的门要开着，出于动物对强光回避反应，动物会很快进入黑暗箱，当动物进入暗隔间时，门关闭，它们会受到轻微的脚部电击（0.3-0.7 mA，持续10秒，设备不同，电流大小也不同）。电击后，动物在黑暗箱额外停留30秒，使它们将厌恶的非条件刺激（脚部电击）与装置的黑暗箱（条件刺激）联系起来。

第三天（“保持”）

动物再次被放入明亮的隔间，门开着。测量动物过渡到黑箱箱所需时间，作为记忆表现的读数。当动物进入暗隔间时，它们被从装置中取出，实验结束。设定的最长时间为300秒。如果动物没有穿过门，记录最长300秒作为进入暗隔间的潜伏期，并标记动物没有进入暗隔间。

三、食物剥夺对大鼠被动回避行为的影响

对64只成年的Sprague Dawley大鼠进行了研究，其中包括32只雄性（体重250–300克）和32只雌性（体重150–200克）。这些大鼠被饲养在标准环境下，其中包括温度控制和光照控制（光照时间为上午4点至下午4点）。大鼠在三天内适应了这个环境，并且可以自由获取水和大鼠饲料（Purina 5001）。在开始被动回避训练前的一天，将大鼠转移到了新鲜垫料的清洁饲养笼中。其中一半的大鼠（每性16只）可以继续自由获取水和食物，而另一半的大鼠（每性16只）只能获取水，不能进食。经过18–20小时的食物剥夺后，所有的大鼠都进行了明/暗箱中的被动回避训练。这个训练在灯光开启后的4–6小时进行。

3.1 训练阶段

在被动回避训练中，大鼠最初单独放置在明亮箱中，然后打开滑动门，让大鼠可以进入黑暗箱。由于大鼠对光的自然厌恶和对暗的偏好，大鼠很快就进入了黑暗箱（平均潜伏期=19.58秒）。一旦进入黑暗箱，滑动门就会关闭。大鼠接收到一次轻微的电脚震（0.6毫安；10秒）。大鼠在接受电震后的30秒内仍留在封闭的黑暗箱中，然后被送回它们的饲养笼中。

为了减少训练后立即摄入食物对实验结果的潜在影响，我们在学习试验时，将饲料从自由饲养的大鼠的饲养笼中取出。在电击训练后大约6–8小时，所有大鼠（包括食物剥夺的大鼠）都重新得到饲料，以减少训练后食物摄入对记忆巩固的潜在影响。然后所有的大鼠在接下来的48小时内不受干扰，可以自由进食。

3.2 测试阶段

在测试的前一天（即训练后的第二天），所有的大鼠都被转移到没有饲料的干净的饲养笼中。这个过程对每个原始组（即训练前自由饲养或食物剥夺）的一半大鼠进行。这产生了四个最终的实验组，每个组别包含16只大鼠（每性8只）。：

1）训练前和测试前都自由进食的大鼠，

2）训练前食物剥夺，测试前自由进食的大鼠，

3）训练前自由进食，测试前食物剥夺的大鼠，

4）训练前和测试前都食物剥夺的大鼠。

在测试阶段，大鼠被单独放置在明亮箱中，滑动门打开，大鼠可以自由进入黑暗箱。进入黑暗箱的潜伏期被记录下来作为被动回避行为的测量。大鼠在黑暗箱中停留的时间也被记录下来。然后大鼠被返回到它们的饲养笼中，可以自由获取食物和水。

3.3 数据分析

我们使用SPSS进行数据分析。两因素（训练前和测试前的食物状况）的方差分析（ANOVA）被用来比较四个组别的大鼠的入暗潜伏期和黑暗箱停留时间。在有必要的情况下，我们执行了Tukey的HSD后续测试来定位具体的组别差异。性别因素在所有的分析中都被视为协变量。所有的结果都被视为在p < 0.05的情况下为统计显著。

3.4 结果

我们的结果表明，训练前的食物剥夺显著地降低了大鼠进入黑暗箱的潜伏期（F（1，60）= 16.09，p < 0.001），而测试前的食物剥夺则没有这个效果（F（1，60）= 0.61，p = 0.44）。然而，训练前和测试前的食物状况之间存在显著的交互作用（F（1，60）= 4.89，p = 0.03），表明测试前的食物剥夺对训练前已经被剥夺食物的大鼠影响更大。同样，训练前的食物剥夺也显著地降低了大鼠在黑暗箱中的停留时间（F（1，60）= 14.27，p < 0.001），而测试前的食物剥夺则没有这个效果（F（1，60）= 0.98，p = 0.32）。然而，训练前和测试前的食物状况之间也存在显著的交互作用（F（1，60）= 5.31，p = 0.02），表明测试前的食物剥夺对训练前已经被剥夺食物的大鼠影响更大。