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脑声常谈丨啮齿动物致幻甩头/头部抽搐反应模型建立与评估

萌宠菠菠乐园
2024-10-25 15:53

啮齿动物模型致幻药引起的神经心理影响仍存在争议。啮齿类动物的感觉系统与人类不同，视力相对较差，嗅觉和体感能力相对较发达。鉴于这些局限性，分子药理学研究的重点之一是确定啮齿类动物的哪些行为可以预测人类特定类型的神经心理影响。然而，每种啮齿类动物的行为模型都有一定的局限性。动物行为模型不能精确捕捉到由致幻剂在人类中产生的知觉、认知和情绪的扰动。然而，研究表明，小鼠头部抽搐反应（Head twitch response，简称HTR）也就是甩头反应与人类产生致幻剂诱导产生的幻觉密切相关。

HTR指大小鼠发生快速侧向左右旋转的头部运动，是致幻剂刺激啮齿类动物5-HT2AR 后的行为标志，具有很大程度的受体特异性，可用以区别致幻剂与非致幻剂。药物引起的头部抽搐行为虽然缺乏面部效度，但头部抽搐行为反应作为人类迷幻行为的小鼠行为是有用的，主要是因为其预测效度。一些研究提示，小鼠的 HTR 可能与人类产生药源性幻觉有关，小鼠的甩头反应轻强度与人类的幻觉效应强度呈正相关，因此有文献认为HTR可能是一种能够评价人类幻觉体验的动物模型。小鼠的头部抽搐行为是由所有研究的致幻5-HT2A受体激动剂诱导的，而不是由非致幻5-HT2A激动剂如麦角乙胺诱导的。第一个报道LSD产生小鼠异常行为的研究发表于1955。研究表明，注射LSD会影响放置在倾斜玻璃板上的小鼠的运动行为并诱发震颤。

Fig1 小鼠甩头反应示意图

甩头反应模型

1956年Keller和Umbreit首次报道了一些可引起幻觉的5-HT2AR激动剂可诱导小鼠甩头反应。甩头反应容易观察、可量化，类似于在头后部附近轻触或者在触摸/捏紧耳朵时（耳廓反射反应）而引起的反应。甩头反应是一种迅速而剧烈的摇头现象，正常小鼠不会出现，而且观察者只要有一点经验，就很容易分辨出来，不同实验者的独立观察具有很高的一致性。大量实验证实能产生幻觉的5-HT2AR激动剂均能使小鼠产生甩头反应，并可被非选择性5-HT2R拮抗剂凯坦色林、高选择性5-HT2AR拮抗剂M100907所拮抗。采用5-HT2AR敲除小鼠也证明小鼠甩头反应是由5-HT2AR所介导。一些不产生幻觉的5-HT2AR激动剂LIS和ERG不引起甩头反应。小鼠产生的甩头反应与人的幻觉效应高度正相关，说明该模型不仅具有良好结构效度还具有非常好的预测效度。甩头反应极少出现假阳性，还可用于探测5-HT2AR与其他受体及信号通路之间的相互作用，因此被广泛采用。更重要的是甩头反应无需对小鼠进行训练，操作简便，实验周期较短。甩头反应同样缺乏表观效度，与人类幻觉行为不同，由于可以高度可靠地预测5-HT2AR激动剂的幻觉潜能，甩头反应仍然是一种很好的人类幻觉行为的评价模型。小鼠腹腔注射药物后放入透明树脂玻璃盒（20 × 20 × 12 cm）中，5min后开始观察记录30min内小鼠的甩头次数。由于小鼠甩头反应是一种易于观察和分辨的动作，所以该实验采用人工计数的方法。为保持实验数据的准确，进行小鼠甩头实验的实验人员固定。根据研究表明，大剂量的5-羟色胺前体5-羟色氨酸（5-HTP）可诱导小鼠的头部抽搐行为。许多迷幻化合物被证明可以诱导头抽搐行为。在基线时偶尔会观察到头部抽搐行为，但其频率远低于在使用迷幻剂治疗时观察到的频率。

HTP致小鼠甩头实验

5-动物适应2d后根据体重分层随机分组,分别为逍遥散15.6、31.2g/kg剂量连续给药组、逍遥散15.6、31.2g/kg剂量单次给药组、百优解20mg/kg连续给药组和对照组。除逍遥散单次给药组外，其余各组小鼠连续给药或蒸馏水7天，实验当日各组小鼠腹腔注射帕吉林100mg/kg，30min后灌胃给予相应药液（包括单次给药组），给药30min后小鼠腹腔注射5-HTP10mg／kg注射后立即置于观察箱中，14min后开始记录随后6min内小鼠的甩头次数。

逍遥散31.2g/kg连续给药7天，能显著减少5-HTP所致小鼠甩头次数,但对DOI诱导的小鼠甩头反应无明显影响；逍遥散31.2g/kg剂量单次给药能明显减少由5-HTP、DOI诱导的小鼠甩头次数；遥散15.6g/kg剂量单次给药亦能明显减少由5-HTP诱导的小鼠甩头次数,结果表明逍遥散单次给药减少甩头次数可能与阻断5-HT2A受体有关‚连续给药可能会引起5-HT2A受体适应性的改变。百优解组明显增加甩头次数。

在5-HTP致小鼠甩头实验中,单胺氧化酶抑制剂帕吉林和5-HT的前体物质5-HTP同时给予，可造成突触间5-HT浓度上升，激动5-HT2A受体，产生甩头反应，长期给予百优解（选择性5-ＨＴ重摄取抑制剂）后，突触间5-HT浓度进一步升高，导致甩头次数增加，实验中百优解明显增加甩头次数。但逍遥散31.2g/kg剂量给药7天及15.6、31.2g/kg剂量急性给药却明显减少5-HTP诱导的小鼠甩头次数。逍遥散15.6、31.2g/kg剂量急性给药导致小鼠甩头次数下降，推测与阻断5-HT2A受体有关，而连续给药后31.2g/kg有效，15.6g/kg无效，可能与连续给药造成5-HT2A受体敏感性的下调有关。

Fig2 设计的5-HT2AR激动剂对与幻觉相关的动物行为的影响(甩头次数)

VisuHTR动物致幻甩头/头部抽搐反应

自动分析软件

甩头行为定义为小鼠头部迅速的旋转性抽动或湿狗样抖动，甩头反应是啮齿类动物的头部快速的左右运动行为，该动作要区别于正常的理毛或探究。甩头反应是啮齿类动物的头部快速的左右运动行为，是目前经典致幻剂研究中使用最多的动物模型，甩头反应与人类的幻觉反应密切相关。甩头反应容易观察、可量化，类似于在头后部附近轻触或者在触摸/捏紧耳朵时（耳廓反射反应）而引起的反应。甩头反应是一种迅速而剧烈的摇头现象，正常小鼠不会出现，而且观察者只要有一点经验，就很容易分辨出来，不同实验者的独立观察具有很高的一致性。

VisuHTR是上海欣软基于自研AI算法开发的新一代大小鼠动物致幻甩头/头部抽搐反应自动分析系统，利用先进的图像识别技术，精确捕捉啮齿类动物的甩头行为，识别迅速的旋转性抽动和湿狗样抖动，有效区别于正常的理毛或探究行为。

技术特点：

自动实时检测动物致幻甩头/头部抽搐反应；

数据输出格式灵活，支持多种数据分析软件接口，轻松整合进您现有的研究体系；

具备结果双击复核、质检功能；

实时且自动准确识别动物的躯干（包括但不限于左前肢、右前肢、左后肢、右后肢、鼻尖、耳朵及尾巴）；

系统具被全面实时分析功能，实验视频采集的同时进行分析，实时显示分析结果，实验结束立即得到最终结果；

可以输出整个组动物的统计数据及相关行为数据报表；

可与第三方设备（光遗传、钙成像等）同步实时打标记录；

测试指标

总路程、测试时间、平均速度、休息时间、区域访问、甩头潜伏期、甩头次数、甩头时间及其甩头频率、甩头行为序列等

文献引用

1.Keller D., Umbreit W. Permanent Alteration of Behavior in Mice by Chemical and Psychological Means[J]. Science., 1956, 124(3225): 723-724.

2.Hanks J., González-Maeso J. Animal Models of Serotonergic Psychedelics[J]. Acs. Chemical. Neuroscience., 2013, 4(1): 33-42.

3. Hofmann, A. (1980) LSD: My Problem Child, McGraw-Hill, NewYork

4. [1]吴佳佳,卞庆来,丁凤敏,等.逍遥散抗抑郁作用的研究进展[J/OL].中华中医药刊:1-11[2024-04-03].http://kns.cnki.net/kcms/detail/21.1546.R.20231016.0916.024.html.

5. Cao D, Yu J, Wang H, Luo Z, Liu X, He L, Qi J, Fan L, Tang L, Chen Z, Li J, Cheng J, Wang S. Structure-based discovery of nonhallucinogenic psychedelic analogs. Science. 2022 Jan 28;375(6579):403-411.

6. Shulgin, A. S. A. (1995) PIHKAL: Phenethylamines I have known and loved: a chemical love story, Transform Press, Berkeley.

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