動(dòng)物行為學(xué)是專門研究動(dòng)物行為的學(xué)科，研究內(nèi)容包括動(dòng)物的溝通、情緒表達(dá)、社交、學(xué)習(xí)、繁殖等行為。動(dòng)物行為學(xué)最初的研究對象是正常動(dòng)物，后來擴(kuò)展為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。
通過動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，科研人員可以評估小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力、焦慮情況、抑郁情況、恐懼情況、社交情況、運(yùn)動(dòng)能力等，從而探索認(rèn)知、情緒和運(yùn)動(dòng)等復(fù)雜的生命現(xiàn)象。
而神經(jīng)生物學(xué)是一門較為復(fù)雜的學(xué)科，涉及到學(xué)習(xí)記憶、認(rèn)知功能、情緒、感覺、運(yùn)動(dòng)等多個(gè)研究領(lǐng)域，因此動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)成為神經(jīng)生物學(xué)研究中的重要手段。
在許多生物醫(yī)學(xué)研究中，都會(huì)用到小鼠疾病模型，比如在神經(jīng)科學(xué)、腦功能領(lǐng)域，有阿爾茲海默病AD小鼠模型、帕金森病PD小鼠模型、缺血缺氧性腦病HIE小鼠模型，抑郁癥小鼠模型……常通過這些疾病模型結(jié)合動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)來研究發(fā)病機(jī)理、藥物效果等。
動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)種類繁多，研究不同的疾病模型時(shí)，研究人員需根據(jù)關(guān)注的具體行為選擇合適的研究手段。今天我們一起認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)常見的一些動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)。
動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)方法(experimental methodology based on animal behavior research)是動(dòng)物行為學(xué)的重要內(nèi)容，是融合動(dòng)物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、生物學(xué)、電子工程、計(jì)算機(jī)和信息等多學(xué)科的基礎(chǔ)理論、技術(shù)和方法，以正常和(或)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為對象，在自然界或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)，以觀察和實(shí)驗(yàn)方式對動(dòng)物的行為信息進(jìn)行采集、分析和處理，將其實(shí)驗(yàn)結(jié)果類比和推演到人，研究其行為信息的生理和病理意義的新興學(xué)科。
目前行為實(shí)驗(yàn)研究最多的主要是學(xué)習(xí)記憶、情緒和運(yùn)動(dòng)行為等。
一、學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗(yàn)
學(xué)習(xí)記憶功能異常是絕大多數(shù)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床特征，如阿爾茨海默癥，帕金森病，癲癇，精神分裂，腦癱，腦卒中等。
學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗(yàn)可用來評估小鼠的學(xué)習(xí)能力、記憶能力，可通過橫向、縱向比較獲得不同變量影響下或不同時(shí)期的小鼠學(xué)習(xí)記憶能力。
常見的實(shí)驗(yàn)包括迷宮實(shí)驗(yàn)（Morris水迷宮、T迷宮、Y迷宮、巴恩斯迷宮等），新物體識(shí)別等。應(yīng)根據(jù)具體的研究目的，選擇合適的學(xué)習(xí)記憶實(shí)驗(yàn)。
①M(fèi)orris水迷宮實(shí)驗(yàn)：通過測定不同入水點(diǎn)下實(shí)驗(yàn)動(dòng)物尋找并爬上平臺(tái)所需要的時(shí)間，是一種評價(jià)擬癡呆動(dòng)物模型的理想方法，用于評價(jià)動(dòng)物的學(xué)習(xí)和記憶能力。
Morris水迷宮是目前世界/公/認(rèn)的較為客觀的學(xué)習(xí)記憶功能評價(jià)方法。主要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有隱蔽站臺(tái)試驗(yàn)、空間探索試驗(yàn)、反向試驗(yàn)和可視站臺(tái)試驗(yàn)等。
Morris水迷宮與其他迷宮方法比較：
Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)的評價(jià)指標(biāo)多，結(jié)果更可靠；
Y迷宮操作簡便，但電Y迷宮對動(dòng)物影響大；
八臂迷宮無水和電刺激，操作簡便；
T迷宮無水和電刺激，依靠動(dòng)物探索天性完成任務(wù)；
Barnes迷宮以光和聲音刺激動(dòng)物完成任務(wù)，局限性大。
評價(jià)大小鼠空間學(xué)習(xí)和記憶能力時(shí)，五種迷宮均適合，但Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性更高。評價(jià)工作記憶能力時(shí)Morris水迷宮、Y迷宮、T迷宮、八臂迷宮均適合，但Y迷宮自主交替實(shí)驗(yàn)和T迷宮對動(dòng)物應(yīng)激小，結(jié)果更可靠。
②新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)：新物體識(shí)別實(shí)驗(yàn)是利用嚙齒類動(dòng)物喜歡接近和探索新奇物體的天性，來檢測其學(xué)習(xí)、記憶能力的一種行為學(xué)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)動(dòng)物對熟悉物體和新物體的探索時(shí)間長短來評價(jià)被測試動(dòng)物的記憶能力。該方法沒有一些外在的刺激，實(shí)驗(yàn)周期也比較短，相較水迷宮這種行為學(xué)對小動(dòng)物的消耗較少。
二、情緒行為實(shí)驗(yàn)
由于動(dòng)物的情緒體驗(yàn)難以用語言表達(dá)，行為實(shí)驗(yàn)是其主要的評價(jià)方法。
實(shí)驗(yàn)方法主要包括強(qiáng)迫游泳、懸尾、糖水偏愛、獲得性無助、高架十字迷宮、曠場、明暗箱實(shí)驗(yàn)等
①強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)：是一種行為絕望實(shí)驗(yàn)法，通過將動(dòng)物置于一個(gè)局限的環(huán)境中（如水中），動(dòng)物在該環(huán)境中拼命掙扎試圖逃跑又無法逃脫，從而提供了一個(gè)無可回避的壓迫環(huán)境，一段時(shí)間后，動(dòng)物即表現(xiàn)出典型的“不動(dòng)狀態(tài)"，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)動(dòng)物產(chǎn)生絕望的不動(dòng)狀態(tài)過程中的一系列參數(shù)，可以用來評價(jià)抑郁狀態(tài)。
②懸尾實(shí)驗(yàn)：是一種經(jīng)典而又能快速評價(jià)抗抑郁藥物、興奮藥物、鎮(zhèn)靜藥物藥效的方法。其原理是利用小鼠懸尾后企圖逃脫但又無法逃脫，從而放棄掙扎，進(jìn)入*的抑郁不動(dòng)狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)過程中記錄動(dòng)物不動(dòng)時(shí)間來反映抑郁狀態(tài)，抗抑郁藥物、興奮藥物能明顯地縮短改變其狀態(tài)。
③糖水偏好實(shí)驗(yàn)：是反應(yīng)快感是否缺失的一種檢測指標(biāo)，快感缺失指的是對獎(jiǎng)勵(lì)刺激缺乏興趣，這是一種情感障礙(包括抑郁癥)的表現(xiàn)形式。
④獲得性無助實(shí)驗(yàn)：是指當(dāng)大鼠接受連續(xù)無法控制或預(yù)知的厭惡性刺激(電擊)后，將其放在可以逃避電擊的環(huán)境中時(shí)，呈現(xiàn)出的逃避行為欠缺的現(xiàn) 象，同時(shí)還伴有體重減輕、運(yùn)動(dòng)性活動(dòng)減少、攻擊性降低等行為改變。該實(shí)驗(yàn)是評價(jià)抑郁行為一種比較理想的實(shí)驗(yàn)方法 ，可廣泛應(yīng)用于抑郁發(fā)病機(jī)制研究，以及新藥、保健產(chǎn)品研發(fā)，在軍事醫(yī)學(xué)中也具有重要應(yīng)用價(jià)值。
⑤高架十字迷宮：即利用動(dòng)物對新異環(huán)境的探究特性和對開臂的恐懼形成矛盾沖突，來考察動(dòng)物的焦慮狀態(tài)，用于抗焦慮藥物的篩選及焦慮作用機(jī)制的研究 。
高架十字迷宮具有一對開臂和一對閉臂，嚙齒類動(dòng)物由于嗜暗性會(huì)傾向于在閉臂中活動(dòng)，但出于好奇心和探究性又會(huì)在開臂中活動(dòng)，在面對新奇刺激時(shí)，動(dòng)物同時(shí)產(chǎn)生探究的沖動(dòng)與恐懼，這就造成了探究與回避的沖突行為，從而產(chǎn)生焦慮心理。
高架十字迷宮是以動(dòng)物自發(fā)的恐懼樣反應(yīng)為行為學(xué)基礎(chǔ)的一種非條件反射模型。它既可建立焦慮應(yīng)激的模型，也是國/際上公/認(rèn)的經(jīng)典測量焦慮癥狀的方法。已被廣泛應(yīng)用于大鼠和小鼠等嚙齒類動(dòng)物焦慮行為學(xué)的研究。
⑥曠場實(shí)驗(yàn)：利用動(dòng)物對陌生環(huán)境的恐懼，主要在周邊區(qū)域活動(dòng)，在中央?yún)^(qū)域活動(dòng)較少的原理，研究動(dòng)物的焦慮行為。
⑦明暗箱實(shí)驗(yàn)：是用于測量小鼠焦慮樣行為的最/廣泛使用的測試之一。該測試基于小鼠對明亮區(qū)域的自然厭惡以及它們對輕度壓力源（例如新環(huán)境和光線）的自發(fā)探索行為。該測試對抗焦慮藥物治療也很敏感。
三、運(yùn)動(dòng)行為實(shí)驗(yàn)
運(yùn)動(dòng)功能檢測是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行為學(xué)檢測的重要內(nèi)容。動(dòng)物的每一種行為學(xué)檢測方法都需要?jiǎng)游镞M(jìn)行運(yùn)動(dòng)。另外，運(yùn)動(dòng)功能障礙也是帕金森病、腦缺血等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的主要臨床表現(xiàn)
運(yùn)動(dòng)行為實(shí)驗(yàn)方法包括：（1）一般運(yùn)動(dòng)行為學(xué)評價(jià)，如曠場實(shí)驗(yàn)；（2）協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)評價(jià)如滾軸、平衡木實(shí)驗(yàn)等；（3）肌力評價(jià)如握力實(shí)驗(yàn)；（4）耐力行為學(xué)評價(jià)，如負(fù)重游泳、跑臺(tái)實(shí)驗(yàn)等。
①曠場實(shí)驗(yàn)：可用于檢測動(dòng)物的自發(fā)活動(dòng)行為和探索行為，是評價(jià)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在新異環(huán)境中自主行為、探究行為與緊張度的一種方法。以實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在新奇環(huán)境之中某些行為的發(fā)生頻率和持續(xù)時(shí)間等，反映實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在陌生環(huán)境中的自主行為與探究行為。
②滾軸實(shí)驗(yàn)：?需要?jiǎng)游镌跐L軸上保持平衡并連續(xù)運(yùn)動(dòng)，用于檢測動(dòng)物的協(xié)調(diào)性。
③平衡木實(shí)驗(yàn)：觀察受試動(dòng)物能否跨越一系列的窄木到達(dá)一個(gè)封閉安全的平臺(tái)，主要用于測定動(dòng)物的平衡能力、肌力以及運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)力。
④握力實(shí)驗(yàn)：?根據(jù)大小鼠善于攀爬，喜用爪抓持物體的習(xí)性而設(shè)計(jì)，主要用于檢測嚙齒類動(dòng)物肌肉力量和神經(jīng)肌肉接頭功能。
⑤負(fù)重游泳實(shí)驗(yàn)：用于檢測動(dòng)物的耐力，建立疲勞模型。
⑥跑臺(tái)運(yùn)動(dòng)：進(jìn)行耐力訓(xùn)練的較好方式，其使機(jī)體在生理上出現(xiàn)一系列有益的適應(yīng)性變化。
⑦足跡分析法：用于定量評估人或動(dòng)物的步態(tài)，最早源于臨床上對患者步態(tài)的分析，而后用于動(dòng)物步態(tài)分析。
動(dòng)物行為學(xué)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)
（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，注意控制好變量，避免年齡、性別、品系等其他因素影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
（2）提前讓動(dòng)物適應(yīng)環(huán)境，并保持環(huán)境溫度、氣味、聲音等因素穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)時(shí)不可穿戴涂抹有氣味的物品。實(shí)驗(yàn)過程中，最好不要隨意更換實(shí)驗(yàn)者，尤其是一些對周圍環(huán)境穩(wěn)定性要求較高的實(shí)驗(yàn)，如水迷宮實(shí)驗(yàn)。
（3）如果是同一批實(shí)驗(yàn)對象要進(jìn)行多種行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，要注意安排好順序，避免前期的操作影響后期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。兩次實(shí)驗(yàn)之間，記得用酒精除去氣味，清掃，以避免影響。
一只動(dòng)物可用于幾次行為學(xué)測試？
倫理、實(shí)踐和經(jīng)濟(jì)考慮要求收集盡可能多的相關(guān)信息，同時(shí)盡量減少動(dòng)物數(shù)量。重復(fù)使用動(dòng)物有助于減少實(shí)驗(yàn)研究中使用的動(dòng)物數(shù)量。重復(fù)使用動(dòng)物可分為兩大類：①在一項(xiàng)采用一系列行為測試的特定研究中使用；②在可能解決與第一項(xiàng)研究無關(guān)的科學(xué)問題的后續(xù)研究中使用。
根據(jù)現(xiàn)有參考文獻(xiàn)，一系列行為挑戰(zhàn)最多包括8至12項(xiàng)測試。然而，在進(jìn)行后續(xù)測試之前，需要讓動(dòng)物不受挑戰(zhàn)且未經(jīng)訓(xùn)練，以恢復(fù)至少一天。（需要這段恢復(fù)時(shí)間，不僅是因?yàn)樵囼?yàn)和處理順序的壓力條件，還因?yàn)橛?xùn)練和經(jīng)驗(yàn)會(huì)強(qiáng)烈干擾和改變動(dòng)物進(jìn)行下一次試驗(yàn)的表現(xiàn)。）
當(dāng)提到動(dòng)物一生中能承受的測試次數(shù)時(shí)，有許多因素需要考慮，從壓力暴露和動(dòng)物的遺傳基因到已經(jīng)進(jìn)行的行為測試的性質(zhì)和強(qiáng)度。（有研究證明某些行為會(huì)隨著年齡的增長而改變。）簡單地設(shè)定一個(gè)數(shù)字作為動(dòng)物一生中行為測試的最大值是非常武斷的。
此外，當(dāng)計(jì)劃在實(shí)驗(yàn)過程中重復(fù)使用動(dòng)物時(shí)，需要考慮：
（1）暴露于一系列行為測試和大量處理可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的不適、壓力和對動(dòng)物福利的威脅。因此，應(yīng)謹(jǐn)慎解讀所獲得的數(shù)據(jù)，并考慮動(dòng)物的痛苦。
（2）此外，對一只動(dòng)物進(jìn)行不同行為設(shè)置的重復(fù)測試可能會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性，干擾后續(xù)測試，并使組之間的比較變得困難。
（3）先前的經(jīng)驗(yàn)對行為有著實(shí)質(zhì)性的影響。研究表明，早期的經(jīng)驗(yàn)和訓(xùn)練可以極大地改變某些行為方面。更具體地說，與正常小鼠相比，接受廣泛測試的小鼠表現(xiàn)出探索性活動(dòng)、情緒和情境恐懼減少，協(xié)調(diào)能力和傷害感受性增加。
結(jié)語
現(xiàn)代科技發(fā)展使得人類生存環(huán)境、生活模式發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，老年性癡呆、抑郁、焦慮和睡眠障礙等神經(jīng)精神性疾病正成為危害人類身心健康的頭號殺手。
由于直接以人體為對象開展科學(xué)研究存在極大的風(fēng)險(xiǎn)并受到倫理學(xué)制約，鑒于動(dòng)物與人類在進(jìn)化上的高度保守性，利用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在不同層次的相應(yīng)特征與人類相比具有相似性，按照結(jié)構(gòu)、預(yù)測、表面效度三原則，進(jìn)行動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)研究，已經(jīng)成為揭示人體生物效應(yīng)及生命活動(dòng)的基本規(guī)律，研究人類疾病表現(xiàn)和發(fā)病機(jī)制，開展新藥和健康產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)、安全和風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測分析的有效途徑。
