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脑声常谈｜动物行为实验指南：五项选择连续反应时间任务实验方法总结

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2024-09-26 01:28

撰稿丨脑声常谈瑾瑜（笔名）

排版丨脑声常谈编辑团队

插画丨脑声常谈 TYR

任务概述

五项选择连续反应时间任务（5-CSRTT）最初是为了在临床前水平研究注意力缺陷/多动障碍（ADHD）儿童所显示的缺陷而设计的。1983年，5-CSRTT首先由Carli及同事作为研究大鼠注意力的手段，从那时起，它开始成为最广泛使用的测量啮齿动物注意力表现的测试。它如此受欢迎是由于模型训练成功后测试对象任务表现的可靠性和任务测试的灵活性。在适用于啮齿类动物版本的任务中，任务装置中五个孔以伪随机方式呈现短暂刺激灯亮起，要求动物在正确的空间位置（刺激灯亮起）做出鼻触反应，以获得奖赏。为了完成这项任务，要求动物保持注意力监测一列水平排列的五个孔，并在刺激灯亮起前不做出鼻触反应，而在刺激灯亮起后才做出反应。一般来说，刺激辨别的准确性提供了注意能力的指标，而在刺激呈现之前产生的过早反应被认为是冲动的一种形式，代表抑制控制的失败。因此该任务可以同时检测注意力和冲动行为。5-CSRTT提供了测试各种神经、药理学和行为操作对行为控制措施的影响的可能性，包括反应的准确性、冲动反应、强迫反应和反应潜伏期等。

普遍认为，无论是在人类还是非人类受试者中，注意力都是一种异质结构，包括选择性注意，分散注意力，保持警惕等。注意过程在许多精神疾病中都是失调的，包括多动症、精神分裂症和抑郁症等。人类和动物的最佳信息处理通常需要持续的、分散的和选择性的混合注意。持续性注意的特点是在很长一段时间内持续分配处理资源，以检测罕见事件。而5-CSRTT的基本任务形式，非常适合评估动物由药理学和神经操作引起的持续和空间分散注意力的缺陷和/或改善。在5-CSRTT中，可以通过改变试验间隔（inter-trial interval, ITI）评估持续性主动注意。此外，任务的注意负荷可以通过减少或增加视觉刺激的持续时间（Stimulus duration，SD）来控制。5-CSRTT要求动物将其有限的注意力资源分配到不同的感觉通道和空间位置（空间上分散的注意力）上，以达到最佳的表现水平。此外，通过在动物必须注意目标视觉刺激发生的ITI期间插入不相关和分散注意力的刺激（最常见的听觉模式，插入白噪音干扰），这种修改后的基本任务结构可以测试选择性（集中）注意力。

除了注意力缺陷，ADHD和许多其他精神疾病的另一个症状特征是冲动，这也是一个非单一的结构，可以定义为没有预见或在所有必要信息收集之前就采取行动的倾向。包括运动冲动和决策冲动。5-CSRTT评估了动物等待视觉刺激发生从而抑制冲动行为的能力。在刺激开始前的过早反应，即冲动反应（premature response)，现在是一种广泛使用的测量运动冲动性的方法。与注意过程的准确性和反应速度相似，这种运动冲动性的测量也是一个可靠的任务表现指标。该任务的灵活性使实验者能够系统地操纵刺激发生的确切时间，从而使等待时间变得短、长或随机。刺激的不可预测性使任务更加困难，因为动物在定向视觉辨别时不能依赖自动过程，必须持续保持反应准备。

这项任务的主要优势是高水平的结构效度，对行为偶发事件的严格控制，准确和自动化的数据采集，并且由于它在许多实验室的广泛使用，该任务被证明是十分可靠的。5-CSRTT改编自人类任务，可用于啮齿类动物或灵长类动物，突出了其翻译价值。这个任务的另一个优点是它对任务测试的灵活适应性，模型训练结束后实验者可以对实验设计做出各种参数变化，从而创建对任务表现的具体挑战。当然该任务也有一些局限性。这局限性可能来自于刺激的空间和视觉性质，所以刺激辨别准确性的变化可能反映了视觉感官功能的变化，不过，这个问题可以通过改变视觉辨别刺激的亮度来解决。此外，任务的空间位置成分在解释结果时可能会产生混淆，但是，通过计算在五个空间位置中每个位置的正确反应和错误反应的比例，有可能排除具有强烈反应偏差的受试者。对于操作方法来说一些其他的局限性是普遍的。例如，很难将警惕性下降与注意力变化区分开来，这通常是发生在训练的后期（完成了大量的试验之后），由于受试者在任务中获得大量食物奖赏颗粒而导致的简单饱腹感所致。然而，计算在食物奖赏递送以后到动物去收集奖励的时长即奖赏收集潜伏期可以帮助排除食物动机的减少。另一方面，饮食限制本身构成了对操作性方法的限制，是动物研究的特有特征。在测试前预喂养动物是一种可以用来评估动物的一般动机状态对5-CSRTT变量的影响的有效方法。

仪器介绍（大鼠为例）

1、仪器名称：大鼠五孔操作箱测试系统。

2、硬件配置：五孔及对应的刺激灯，房灯，食物槽，食物槽灯，食物颗粒分配器，红外探头装置，微型摄像机，消声、风扇通风箱（用以放置操作室和食物颗粒分配器）。

3、软件配置：任务专用方法运行软件；数据记录收集与处理软件；视频录像分析软件。例如，上海欣软VisuTrack软件选配套件、Med-PC软件套件。以上软件仪器厂商均会提供。

4、硬件介绍：通常操作室前后由两个铝板墙组成，一侧是弧形的，配有五个方孔（边长：2.5cm；深度：4cm），一般位于网格地板上方2cm。对面的铝板不是弯曲的，并配有一个食物槽（5×5cm2），通过一个半透明的塑料管连接到一个食物颗粒分配器（位于操作室外）。所有的方形孔和食物槽都有红外探头，以检测动物的鼻触反应。食物槽和每个孔均配备指示灯。弧形面板上的每个方孔到食物槽的距离都相同（一般设置为25cm）。房灯位于操作室上方，一般置于食物槽一侧墙面的顶端中部，这是任务期间操作室的主要照明来源。操作室两侧由透明的聚碳酸酯板或金属板制成。地板通常是金属网格，屋顶由透明的聚碳酸酯板或金属板制成，有时有一个小开口，以便与外部设备（例如，微透析管或电极）连接。每个操作室都放置在一个消声隔间（操作箱）内，它由一个风扇通风，也提供了一个低水平的背景噪音。此外，还可以在消声隔间的天花板上安装一个微型摄像机，以监测大鼠的行为。

图1：5-CSRTT装置的主要组件

①五个装有红外探测器的正方形孔；②装有红外探测的食物槽；③房灯；④由不锈钢棒组成的地板；⑤承接动物粪便的托盘；⑥透明铰链门；⑦食物颗粒分配器；⑧连接食物颗粒分配器和食物槽的塑料管；⑨通风隔音箱；⑩风扇

实验动物

品系：对于5-CSRTT，啮齿类动物中常用大鼠作为模型鼠。由于5-CSRTT依赖于视觉刺激的检测，有色素沉着的大鼠品系比白化品系更适合用来训练此任务，因为它们有更好的视力。因此，Lister hooded 大鼠和 Long Evans大鼠是该任务中最常用的品系，在标准测试条件下（例如，0.5 s刺激持续时间），可获得接近90%的辨别准确度。然而，白化品系如Sprague-Dawley大鼠表现出的较低辨别准确度和响应速度，但是可以可靠地进行测试，其可以用来测试那些预计可以提高准确度的药物。没有明确的数据表明色素沉着品系和白化品系的任务获得率不同。一旦经过训练，动物的表现都是稳定和一致的。

年龄：大多数5-CSRTT研究是在年龄为3-12个月之间的成年大鼠中进行的。偶尔有报告描述了使用幼年大鼠来研究对青春期注意力和冲动行为的实验设计。由于研究这一相对较短的发育阶段（大约1个月）的时间窗口狭窄，为了适应实验，通常采用5-CSRTT的简化版本，比如，使用2项选择，SD相对较长（2.5 s），需要十几次训练就能达到稳定基线。老年大鼠（即 > 18个月）5-CSRTT的表现将受到开始训练的年龄的影响。如果在年轻时接受训练，那么在整个生命周期中的训练程度不变。当与3、15和22个月的年轻Lister hooded大鼠相比，当在相对较老的时候接受训练时，可以看到最明显的与年龄相关的注意力缺陷，并且发现在基线任务获得和注意力方面与年龄相关的差异。这些差异是基于注意力，而不是随着老年年龄的增长而产生的感官或动机功能的变化。因此，接受5-CSRTT训练的老年大鼠可以为研究与老年相关的注意力变化的治疗方法提供一个有用的模型。

性别：在实验动物性别的选择上，一般选择雄鼠研究，由于雌鼠的周期性激素分泌可能导致实验结果不稳定。但若对比研究不同性别的差异影响，则应选择雌雄对半。由于临床前研究常被诟病为男性服务的研究，实际上很多药物的影响具有性别差异，但没有被发现或深入研究，所以投稿时有些杂志会质疑只用雄鼠作为实验对象的设计。因此，具体实验动物性别的选择要综合考虑。

5-CSRTT一开始主要用于大鼠。1999年，Wilkinson及同事报告说小鼠可以可靠地执行5-CSRTT，从而创造了研究基因株差异和基因靶向对任务表现的影响的机会。他们的研究强调，小鼠的任务学习和表现与大鼠相似，但小鼠的任务动机可能是一个更敏感的因素。如今，5-CSRTT在小鼠中的应用可能与在大鼠中的应用一样广泛，有大量的证据表明，小鼠可以将5-CSRTT执行到与大鼠相当的水平，并且在运动控制方面表现出优异的表现。小鼠品系的比较可以参见Sanchez Roige在2012年发表的综述（DOI:10.1007/s00213-011-2560-5.）。

大鼠常用固体食物颗粒（如：测试用45 mg 精密重量精制成分的大鼠食物颗粒）作为奖赏。小鼠常用液体蔗糖溶液（10%）作为奖赏，每次励量为10至20μl。这种情况平时需要限制饮水；也可以使用食物颗粒。食物奖赏的性质似乎并不影响测试的结果。但小鼠似乎对食物奖励的性质更为敏感，而且与大鼠相比，小鼠的饱足感对测试表现的影响更大。

实验对象的选择要根据课题需要统筹规划与综合考虑：1. 由于小鼠有许多基因鼠，工具鼠，若后期需要进行神经生物学机制的研究，那使用小鼠模型更方便后续研究；2. 若主要以行为学实验为主，例如评价不同药物对注意力，冲动行为的影响，则可以选择大鼠模型；3. 此外，斑马鱼也可进行5-CSRTT测试。其可开展大样本研究，快速筛选药物，而且由于发育快速、性成熟期短的特点适于研究生命周期中特质冲动的变化。

需要注意的是，与群体饲养的动物相比，社会隔离会影响5-CSRTT任务的表现。所以，实验动物约四只一笼饲养在恒温（20-24℃）恒湿（55-70%）的房间中，控制12 h/12 h光暗循环（例如，保持7；00-19：00亮灯）。商业购买的大鼠需要适应性喂养7天，在此期间可以正常进食和自由饮水。所有使用活体动物的实验方案都必须经过动物护理和使用委员会的审查和批准，必须符合政府关于实验动物的护理和使用的规定。

模型训练方法 （大鼠）

1.初始适应期

(1). 控制饮食：适应性喂养一周后逐渐限制饮食（例如，超过3天），以控制体重。每只大鼠每天的进食量标准为5 g食物/100 g体重。从控制饮食的第一天开始，每天给每只大鼠称重，记录体重变化，直到它们达到自由喂养体重的85-90 %（自由生长体重曲线可由动物供应商处获得）。达标后可改为定期给动物称重（例如，每周），以监测它们的生长情况。由于该任务是以食物作为奖励进行训练和测试的，因此动物的饮食需要严格控制。过于饥饿或者饱腹均会影响动物的任务表现。

(2). 抚摩：从控制饮食的第一天开始，每天轻轻抚摩大鼠2-3 min，至少持续3天，逐渐使动物适应实验者，以减少应激反应。

(3). 测试用食物口味适应：每天在抚摩大鼠之后，在笼子里放一些训练时的食物奖励颗粒（每只大鼠约30颗），以使动物适应它们的口味，避免训练时新环境导致的低食症。

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2022-12-04

2. 测试仪器适应期

(1). 目的：（a）让大鼠熟悉训练和测试环境，以减少应激；（b）利用食物奖赏颗粒所在位置，让大鼠学会探索五孔以及食物槽（鼻触五孔和食物槽）。

(2). 方法：在该阶段，把实验动物带到测试室，为每只大鼠分配一个单独的操作箱。将大鼠放进操作箱里大约15-20 min（也可延长至30 min）进行适应和探索。在此期间，所有五个方孔内的刺激灯，房灯和食物槽灯均打开。为了鼓励大鼠探索，在食物槽中放置10个食物奖励颗粒，在五个孔中各放置2个食物奖励颗粒。

(3). 时间：该阶段通常只需要训练一两天。

(4). 标准：达标标准是大鼠可以吃掉所有提供的食物奖赏颗粒。需剔除不能吃完食物颗粒的大鼠，它们可能对操作箱环境或者灯光应激，无法进行后续训练。

3. 正式训练期

(1). 一旦大鼠适应了测试装置和食物奖励颗粒，就开始正式5-CSRTT训练。一次训练一般包括100次试验，每只动物一次训练持续时间约30分钟，每天仅进行一次训练。

(2). 在每次试验中，只有一个孔的刺激灯起，顺序由计算机软件按照伪随机方式产生。这样，在100次试验中，每个孔刺激灯各亮起20次。

(3). 适当的训练参数可以参考表1。也可以根据自己的实验需要灵活设置训练阶段和“目标参数”。在每阶段达标以后，即可逐渐减少刺激持续时间，增加ITI，直到达到“目标参数”设定。

(4). 大多数动物在训练四到五次后开始做出反应。前两个阶段属于预训练阶段，旨在快速建立鼻触亮起的刺激灯与获得食物奖赏的操作式条件反射。如第一阶段SD为30 s, 动物反应时间（Limited hold，LH）也是30 s，给动物足够的时间学习激励-奖励关联，同时引入一个短的ITI。此后，随着训练进程SD逐渐降低到0.5 s，LH逐步减为5 s固定, ITI逐步增加到5 s固定。每个阶段需达到达标标准后方可进入下一阶段的训练。

(5). 在最后一个参数阶段达标（≥80%的准确性和≤20%的遗漏）后继续训练动物6到10次，以保证大鼠任务表现达到稳定的水平（控制连续4天正确率的差异在5%以内）。

(6). 一旦至少连续6次训练的表现稳定，就使用最后4天训练的数据作为动物任务表现的基线水平。可以开始给药测试并改变参数模拟高注意任务环境或者高冲动任务环境。根据自己的实验设计，将动物分为两组或两组以上。或者，动物也可以进行自身对照，例如，在药理学药物研究中使用受试者内部设计，这种情况下使用经典药理学中的随机拉丁方设计来控制给药顺序是很重要的。

(7). 根据实验目的，未能达到模型训练标准的动物可以及时剔除，以免浪费时间。也可以保留，用以评估表现不佳的动物表现的重要变化，如冲动反应、选择准确性。

(8). 一个试验的流程如下：

房灯和食物槽灯亮代表训练开始，大鼠鼻触食物槽开启试验，鼻触后食物槽中的灯熄灭。然后5 s ITI开始，在此期间，大鼠需要维持对操作室前面弧形面板上的五个方孔的视觉空间注意。在ITI结束时，五孔中任一刺激灯按照伪随机顺序亮起，不同训练阶段刺激灯亮时间SD不一致。灯亮结束后要求动物在有限的时间内（LH）鼻触刚才亮灯的孔，大鼠在刺激灯亮开始至LH结束之前的这段时间正确鼻触亮的刺激灯记为正确反应，一个食物颗粒被递送到位于对面墙上的食物槽中，大鼠转向食物槽获得食物奖赏颗粒并开启下一次试验；大鼠在刺激灯亮开始至LH结束之前的这段时间若鼻触未亮的刺激灯则记为错误反应。若大鼠没有鼻触五孔内任一刺激灯的位置，则记为遗漏反应。错误反应和遗漏反应均不提供食物奖赏，并且均出现一次5 s的不应期（time-out, TO），此期间房灯熄灭作为惩罚。惩罚后房灯和食槽灯亮，大鼠鼻触食物槽灯后开启下一次试验。如果大鼠在刺激灯亮起之前即5 s ITI内未能控制住自己的行为而去鼻触任一五孔刺激灯，则记为冲动反应。此时房灯熄灭并进入不应期作为惩罚，不提供食物奖励。之后同样房灯和食槽灯亮，大鼠鼻触食物槽后开启下一次试验。此外，若大鼠在正确反应后继续鼻触五孔，则记为强迫行为，强迫行为不给予动物任何惩罚。

图二：单个试验流程图

表1：5-CSRTT训练计划和达标标准

(9). 预计训练周期

阶段1-5：约5 min /只/天，约需要训练5-6天

阶段6-7：25-30 min/只/天，约需要训练1-2天

阶段8-12， 20-40min/只/天，至少30天

按照表1所述的方法训练动物并达到“目标参数”，在每周训练5天的情况下，通常需要大约两个月的时间可以训成模型。大鼠和小鼠的训练时间是相似的。可考虑购买8个操作箱，8只同时训练，可压缩每天的总训练时间。模型训好后的测试阶段根据实验设计不同持续时间长达几个月不等，因此在设计研究时可以考虑到实验者的方便性。

常用测试方案

一旦动物被训练到稳定的表现，最基本的就是可用于测试实验操作（如给药）对基线表现的影响。当测试某种药物的作用时，常用重复测量设计，也就是说每只动物根据拉丁方设计接受每种处理因素，以控制给药顺序。动物继续每周维持训练5天。实验通常是每周2天。建议在周二和周五进行测试，因为这样可以在给药前一天收集每只动物的基线数据。这也避免了前一次给药药物的结转效应。在开始正式实验前一到两天，可以给动物注射生理盐水，使动物适应注射程序（这些注射应该在动物完成5-CSRTT后进行，这最大限度地减少了由于动物不熟悉注射程序而影响基线数据的可能性）。必须在动物恢复基线水平后才可以进行下一次测试。

除了在5-CSRTT标准程序中测试药物的作用。5-CSRTT的优势之一是能够操纵各种实验条件，以挑战动物在任务各方面的表现。根据实验目的和所要验证的假设，可以在训练后的阶段中实施对基本任务的不同改变（也可称为“挑战训练”），以适应实验需求。这种操作可以对刺激持续时间SD、刺激强度SI、试验间隔ITI、试验次数和噪声插值等方法进行。提示：在这些情况下，一定要插入标准参数的基本任务训练（通常是一次或两次），以重建稳定的基线水平。

1．短刺激持续时间

通常，大鼠最终被训练到对0.5或1 s的SD做出反应。从这个水平上增加或降低SD是分别减少或增加对动物的注意需求的可靠手段。例如，将SD从0.5 s减少到短至0.03 s的持续时间会降低准确性，并提供了一个基于药物或其他操作改善注意力的检测窗口。

(1). 将刺激持续时间设置为比标准刺激持续时间短（如0.25或0.125 s），并对每只大鼠进行一次训练；

(2). 测试一系列不同的短刺激时长（例如，0, 0.01, 0.1, 0.2, 0.5 s），可在几次训练中或不同动物中以随机顺序测试，也可以在一次训练测试不同的刺激时长。

注意：

（i）由于动物很容易适应这种操作，所以在重复测试后至少留出4天的休息时间。

（ii）在某些情况下，可以通过延长刺激的持续时间来恢复受损的表现。这个过程可能有助于将两组实验组的受试者提高到相似的表现水平，以评估其他任务操作对相似的准确性水平的影响。

2．可变ITI

固定5 s ITI是视觉刺激在启动试验的鼻触后5秒呈现。可变ITI消除了这种可预测性，使多个不同的ITI长度在一个测试中随机呈现。主要有两种这样的ITI范围：“短ITI”和“长ITI”，这些范围可以混合使用。

(1). 在单次训练中，设置一个“短ITI”的范围（例如，四个不同的值分别为0.5、1.5、3.0和4.5 s）。确保每个ITI长度在每个孔有相同数量的试验。

(2). 在单次训练中，设置一个“长ITI”的范围（例如，4.5、6.0、7.5、9.0 s）。确保每个ITI长度在每个孔有相同数量的试验。当使用长时间ITI挑战时，建议增加训练持续时间（例如，从30 min增加到45 min），以便让受试者有足够的时间完成所有试验。

3．短ITI

(1). 通常设置为2 s。

(2). 短ITI会增加刺激呈现率，导致高事件发生率（HER）。

4．调整视觉信号的亮度

(1). 为了检验两实验组之间视觉感觉功能的差异，将视觉刺激灯的强度设置为不同的强度水平（例如，三个不同的水平，但所有亮度都比标准水平低）。这种操作通常是通过增加控制刺激灯的电路中的电阻来实现的。

(2). 在一次训练内呈现每个亮度条件（包括标准刺激强度），并保持所有其他参数在标准值不变。

(3). 如有必要，可以增加试验的次数，保证不同的条件下有足够的试次。

5．分散注意力的噪音

(1). 为了评估动物将注意力过程集中于相关刺激的能力，在正常ITI的不同时间点（如ITI开始后0.5, 2.5, 4.5, 5 s）插入短暂的白噪声（0.5 s，＞100 dB）。

(2). 对每个空间位置（五孔）以相同的次数和随机顺序呈现白噪声的不同条件。

(3). 为了更好的测试每个空间位置对应的噪声刺激的每个条件（噪声持续时间或分贝），保证进行足够数量的试验，建议增加试验过程中的总试验次数。此外，应包括一定数量（例如，20%）的试验的对照试验（其中没有出现干扰噪音的试验）

(4). 确保每个操作箱测量的分散噪声强度是相同的。

(5). 避免重复使用这种操作，因为动物在反复暴露后会习惯于分散注意力的噪音。

6. 增加实验试次

(1). 增加实验试次，模拟高强度任务环境。

(2). 可以结合第一种缩短刺激时长的情况，模拟高强度高注意任务环境。

7. 长ITI

(1). 通常，长ITI延长到7-10 s，也有高达20 s的较长ITI。

(2). 长ITI会降低刺激呈现率，导致低时间发生率（LER），长ITI也对动物等待刺激开始的能力提出了更大的要求。

(3). 长ITI主要用于研究运动冲动，而不是注意力。

测试方案的预期结果

1. 一般来说，降低刺激灯持续时间，反应准确性也会相应下降。

2. 当刺激在时间上和空间上都是不可预测的（可变ITI：例如2、4、6和8 s）时，会导致冲动反应的数量增加。相比之下，当目标刺激以高频率（高事件发生率；HER）进行大量试验时，通常会观察到对动物任务表现的有害影响，包括准确性降低，遗漏增加和反应潜伏期延长。在HER操作下，冲动反应的数量也会减少。

3. 视觉信号亮度降低，会导致任务表现下降。

4. 在ITI期间出现一个短暂的听觉刺激（例如，105 dB）会产生增加冲动反应的效果，特别是当听觉干扰在视觉目标刺激开始之前立即出现时。

5. 冲动反应率随着ITI的增加而可靠地增加。

主要评价指标及意义

每次训练时软件会自动记录以下数据：完成的总试验数，正确反应数，错误反应数，遗漏数，正确反应潜伏期，错误反应潜伏期，奖赏收集潜伏期，冲动反应数，强迫反应数。

1. 正确反应率

任务表现的准确性，用正确反应率表示，该指标用于评价持续性主动注意。计算为正确鼻触刺激灯的百分比，正确反应率（%）=正确反应次数/（正确反应次数+错误反应次数）*100%。注意分母不包括遗漏次数或冲动反应次数。

2. 遗漏率

遗漏次数占总次数的百分比，遗漏率（%）=遗漏次数/总试验数*100%。该指标同样用于反映持续性主动注意。

注意：在对遗漏率的解释上，当遗漏与任务难度相关的情况下，它们可能反映了注意力失误。但是，当遗漏伴随着较少的试验启动和/或较慢的反应速度的情况下，遗漏的增加可能反映了动机上的变化。

3. 正确反应潜伏期

定义为从刺激灯亮起到正确鼻触反应的时间。通常，这个测量值表示为在测试过程中记录的所有正确反应试验中正确反应潜伏期的平均值。该指标用于评价动物的反应性，也可作为辅助评价注意力的指标之一，当与奖赏收集潜伏期不相关时，也代表了决策过程的速度。

4. 冲动反应数量

定义为每次训练中视觉刺激开始前（ITI内）即进行鼻触五孔刺激灯的数量。在最常见的5-CSRTT版本中，每次试验只记录一个冲动反应。该指标用于评价动物的冲动行为。

5. 冲动反应率

冲动反应率（%）=冲动反应次数/总试验数*100%。该指标同样用于评价冲动行为。

6．强迫反应次数

定义为在正确鼻触五孔刺激灯后，没有去食物槽收集食物，而是在任一方孔中进行额外鼻触反应的持续性行为次数，每次试验只记录一个强迫反应，该指标用于评价受试者的强迫行为。

7．强迫反应率

强迫反应率（%）=强迫反应次数/总试验数*100%。该指标同样用于强迫行为。

8．奖赏收集潜伏期

定义为从正确鼻触反应到进入食物槽收集食物奖励的时间。通常，这个测量值表示为在测试期间记录的所有奖赏收集潜伏期的平均值。该指标用于评价动物的动机。

此外，还可以分别测量错误反应率，错误反应潜伏期，冲动反应潜伏期等。该任务中的反应时间（潜伏期数据）是衡量动物信息处理速度、准备程度、决策能力、运动能力和一般动机的有价值的指标。强迫行为和冲动反应共同作为反应抑制控制的指标。

数据统计与分析

可选择GraphPad, SPSS等软件进行统计分析。此外，GraphPad还可以进行统计图表的绘制。

若各测试数据结果满足正态性检验和方差齐性，统计学方法采用参数检验，如t检验，单因素方差分析，双因素方差分析，再选择合适的事后检验。具体统计方法的使用应根据各自的实验设计选择。数据一般用均值±标准误（mean ± SEM）形式表示。

若各测试参数结果不满足正态性检验和方差齐性，可以对数据进行变换，如平方根变换，反正弦变换，变换后若符合正态分布曲线，则允许进行参数分析。否则则适合非参数检验，统计学方法采用如Kruskal-Wallis非参数检验。数据可用中位数±四分位间距（median ± interquartile）表示。

如果数据满足正态分布，应该优先选择参数检验方法。原因在于参数检验的检验效能要高于非参数检验。尤其是在样本数较大的情况下，参数检验结果较为稳健，所以即使不服从正态分布，也会选择参数检验。

设置合适的显著性水平，一般P < 0.05认为结果有统计学意义。

问题与解决方案

新仪器到手，可能会出现各种各样的问题，需要磨合一段时间。另外，时间久了，设备也容易出问题。测试室的某些部分在重复使用后比其他部分更容易失灵，如灯泡，红外探头，食物颗粒分配器灯。建议留出必要的关键零部件，以便随时更换，避免耽误实验进度。此外，定期检查每个测试室的运行情况是极其重要的。可以大约每周进行一次，以确保红外探头、灯泡和食物颗粒分配器等能够正常稳定地工作。仪器的问题可以与厂商沟通。以下是当动物表现异常时可能的原因以及解决办法。

问题

原因

解决方案

动物停止做出反应

食物颗粒分配器可能堵塞

1.解决：检查食物颗粒分配器，并清洁连接分配器与食物槽的递送管中的任何堵塞（分配器可拆卸）

2.预防：平时加食物颗粒时避免不完整的颗粒混入，也要减少食物粉末，这些都易堵塞整个递送系统

红外探头故障，无法感应鼻触

1.用湿润的棉签清洁红外探头

2.调整灵敏度旋钮

刺激灯的灯泡故障

更换故障灯泡

接口接触不良

仔细检查输入/输出接口中是否存在可能出现的故障线路

动物任务表现不稳定或表现突然下降

过于饱腹或饥饿

1.严格控制动物的饮食，确保动物得到了适量的喂养

2. 在每次训练或测试后，每天在大致相同的时间喂养动物

不同的操作箱之间表现不平衡

视觉和/或声音刺激的强度不同

将视觉和听觉刺激的强度定到统一的水平

食物递送不稳定

确保颗粒分配器运行可靠

过多的强迫反应

红外探头故障

1.用湿润的棉签清洁红外探头

2.调整灵敏度旋钮

低反应准确性

房灯灯光强度过高

更换房灯灯泡

视觉刺激灯太暗

增加视觉刺激信号的亮度

表2： 训练过程可能出现的问题和解决办法

注意事项

1. 动物在训练过程中会吃一定量的食物颗粒，因此需要减去训练过程中吃掉的量以调整动物饲料的克数。（例如，300 g大鼠根据标准每天需要15 g食物，如果训练中吃了20个45 mg的奖励颗粒，则在训练后需要再喂15 – 20*0.045 ≈14克的食物。

2. 强烈建议训练或测试结束后单独喂养实验动物一定重量的食物，不要将预先称重的食物放在装有两只或更多动物的笼子里，因为这将导致动物间的攻击，对准确控制饮食不利。

3. 对于行为学实验来说，动物状态很重要，在整个实验过程中，动物训练、测试和喂食的时间应尽量保持不变。

4. 保证训练和测试同一只大鼠总是在固定序号的操作箱里，因为环境的微小变化也可能会对训练产生不利的影响。

5. 一定要根据自己的课题合理设置训练参数和测试参数，统计方法尤其需要根据实验设计和数据类型来选择。

模型应用举例

总的来说，5-CSRTT对于旨在识别治疗中枢神经系统疾病的新药发现工作，并进一步了解注意和冲动的神经生物学过程是十分有价值的。5-CSRTT的灵活性使这个任务适用于多种测试目的。例如，可以测试或筛选用于治疗ADHD的化合物。评估生命周期内的注意力或特质冲动变化。评估慢性药物暴露引起的注意力变化。测试脑区损毁或神经递质耗竭的影响。选择具有特定行为模式的动物，并测量任务过程中神经递质释放或代谢活动的功能变化（如结合在体微透析技术）。阐明特定病理状态下的神经心理机制，如ADHD，阿尔茨海默病，帕金森病，精神分裂症，衰老和成瘾等。

1.经典药理学研究：使用大鼠5-CSRTT模型，测试药物对冲动行为的影响：https:///10.1177/0269881118784876

2.病理学研究：使用大鼠5-CSRTT模型，研究特定病理状态对持续注意力，冲动和强迫反应的影响：

https:///10.1037/bne0000063

3.神经机制研究：使用大鼠5-CSRTT模型，结合脑区微量注射技术，研究某一蛋白通路对冲动反应的影响：

https:///10.1016/j.ejphar.2016.04.015

4.神经机制研究：使用小鼠5-CSRTT模型，基因操作结合在体微透析技术，验证某一受体信号对注意力的影响：

https:///10.1038/npp.2012.258

5.神经机制研究：使用小鼠5-CSRTT模型，基因操作结合光遗传与化学遗传学手段，验证神经环路对注意力的影响：

https:///10.1016/j.neuron.2018.03.018

6.神经机制研究：使用大鼠5-CSRTT模型，结合脑区损毁技术，研究某一脑区是否调控冲动行为：

https:///10.1038/mp.2015.140

7.神经机制研究：使用大鼠5-CSRTT模型，结合化学遗传学手段，研究调控持续性主动注意和抑制控制的特异神经元和神经环路：

https:///10.1016/j.cub.2020.08.031

8.神经机制研究：使用小鼠5-CSRTT模型，结合化学遗传学手段，研究某一神经元调控包括注意力、冲动和动机的作用：

https:///10.1016/j.pnpbp.2018.12.004

其他5-CSRTT动物模型

斑马鱼：https:///10.3389/fnbeh.2015.00271

参考文献

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2.Higgins, G. A. & Silenieks, L. B. Rodent Test of Attention and Impulsivity: The 5-Choice Serial Reaction Time Task. Curr Protoc Pharmacol 78, 5.49.41-45.49.34, doi:10.1002/cpph.27 (2017).

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