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動物行為實(shí)驗方法早期研究主要是為學(xué)習(xí)記憶行為設(shè)計的，后來發(fā)展為情緒表達(dá)、運(yùn)動行為、社交行為、疼痛及成癮性等行為實(shí)驗方法。目前主要的行為學(xué)實(shí)驗包括學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗、抑郁行為實(shí)驗、焦慮行為實(shí)驗、恐懼行為實(shí)驗、自發(fā)活動行為實(shí)驗、節(jié)律行為實(shí)驗、攻擊行為實(shí)驗、防御行為實(shí)驗、繁殖行為實(shí)驗、社會行為實(shí)驗等，社會行為實(shí)驗指溝通行為實(shí)驗、利已行為實(shí)驗、等級行為實(shí)驗等。研究多的主要是學(xué)習(xí)記憶、情緒和運(yùn)動行為等。
1、學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗方法
學(xué)習(xí)是神經(jīng)系統(tǒng)接受外界環(huán)境變化獲得新行為和經(jīng)驗的過程，記憶是指對學(xué)習(xí)獲得的經(jīng)驗或行為的保持，包括獲得、鞏固、再現(xiàn)及再鞏固四個環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)和記憶二者是互相聯(lián)系的神經(jīng)活動過程，學(xué)習(xí)過程中必然包含記憶，而記憶總是需要以學(xué)習(xí)為先決條件。研究者設(shè)計了多種學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗方法用于評價學(xué)習(xí)記憶。
學(xué)習(xí) 記 憶 行 為 實(shí) 驗 方 法 的 開 掘 者 包 括Thorndike、Pavlov 和 B． F． Skinner 等。1937 年Skinner *建立了基于操作的學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗方法 － 斯金納箱。
1930 年，Tolman和Honzik 應(yīng)用個單元的 T 型迷宮，研究大鼠的潛伏學(xué)習(xí)( latent learning) 。后來，多單元迷宮演變?yōu)槟壳皯?yīng)用的 T 迷宮。1939 年，Dennis *定義了大鼠在 T 迷宮中的自發(fā)交替( spontaneous alternation) 行為，認(rèn)為大鼠能夠?qū)μ剿鬟^的臂產(chǎn)生內(nèi)起抑制 ( internalinhibition) ，而進(jìn)入沒有探索過的臂，從而增加發(fā)現(xiàn)食物的機(jī)會。
1979 年，Barnes 建立了巴恩斯迷宮( Barnes maze) ，動物不需要限食，基于其天生的探索特性，應(yīng)用噪音、強(qiáng)光和暴露的開放環(huán)境作為應(yīng)激手段，促使動物尋找目標(biāo)洞。
1981 年，Morris建立了水迷宮方法，基于動物厭惡水環(huán)境的特性，強(qiáng)迫實(shí)驗動物游泳，學(xué)習(xí)尋找隱藏在水中的平臺。水迷宮是學(xué)習(xí)記憶行為學(xué)評價的另一個標(biāo)志性事件，主要用于海馬依賴的空間參考記憶和工作記憶的研究。
1988 年，Ennaceur 等基于動物天生對新奇物體的探索特性，建立了新物體識別 ( novel object recognition test) 評價方法，與其他評價方法比較，該方法不需要學(xué)習(xí)訓(xùn)練，無需禁食禁水，不用施加懲罰或獎賞刺激，對動物的應(yīng)激影響較小，與人類的再認(rèn)記憶檢測相似類的再認(rèn)記憶檢測相似。大小鼠的觸屏認(rèn)知系統(tǒng)也相繼問世，用于認(rèn)知功能的評價，尤其在神經(jīng)精神疾病藥物篩選中發(fā)揮重要作用。
非人靈長類動物具有與人類相似的大腦結(jié)構(gòu)，具備高級腦功能，可以被訓(xùn)練完成特定類型的測試任務(wù)，對評價認(rèn)知能力、情緒反應(yīng)等具有嚙齒類動物無法替代的作用。觸屏測試認(rèn)知系統(tǒng)是目前廣為接受的靈長類動物認(rèn)知行為的評價方法。該方法源于人的神經(jīng)行為測試的計算機(jī)化形式。劍橋神經(jīng)心理測試自動化組合 ［Neuro behavioral Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery CANTAB) ］是觸屏認(rèn)知測試系統(tǒng)的經(jīng)典設(shè)備。動物通過觸摸屏，完成高通量的系列模塊化測試，如強(qiáng)化認(rèn)知、內(nèi)外空間的設(shè)置變化與視覺辨別、對顯示符號的短暫識別和不識別、空間記憶、選擇序列反應(yīng)時測試和成對結(jié)合學(xué)習(xí)等。
2、情緒行為實(shí)驗方法
情緒行為是一種瞬時變化的心理與生理現(xiàn)象，反映了機(jī)體對不斷變化的環(huán)境所采取的適應(yīng)模式。從心理學(xué)的層面來說，情緒是對客觀事物的態(tài)度體驗和行為反應(yīng)，為人和動物所共有，主要包括抑郁、焦慮、恐懼三類行為。由于動物的情緒體驗難以用語言表達(dá)，行為實(shí)驗是其主要的評價方法。
抑郁行為是動物面臨環(huán)境應(yīng)激等因素長期、慢性作用時，出現(xiàn)快感缺失、行為絕望、獲得性無助等情緒反應(yīng)。焦慮行為本質(zhì)上動物新奇環(huán)境探索心理和對其恐懼而形成的沖突產(chǎn)生的行為。抑郁行為實(shí)驗方法主要包括獲得性無助、強(qiáng)迫游泳、懸尾、糖水偏愛、新奇物體探索、曠場等; 焦慮行為實(shí)驗方法主要有、曠場、明暗箱、新奇環(huán)境攝食抑制、飲水沖突實(shí)驗等。
2. 1 抑郁行為實(shí)驗方法
人們對情緒神經(jīng)機(jī)制的粗略認(rèn)識源于第yi次世界大戰(zhàn)顱腦損傷的傷員。在不違反倫理的情況下，研究者以實(shí)驗動物為研究對象，毀損實(shí)驗動物的某些腦區(qū)，研究動物情緒的變化，發(fā)現(xiàn)了動物情緒的神經(jīng)回路。1928 年 Walter Hess 等人發(fā)現(xiàn)刺激貓的下丘腦可以誘發(fā)貓的攻擊性行為，包括毛發(fā)豎起、憤怒恐懼等表現(xiàn)。如果切斷下丘腦與腦干之間的聯(lián)系，則無法觀察到動物的攻擊性行為，提示多個核團(tuán)的相互作用可能是形成情緒神經(jīng)活動的基礎(chǔ)。20 世紀(jì) 30 年代，研究者開始提出存在一個發(fā)起情緒、輸出情緒和感受情緒的中樞神經(jīng)系統(tǒng)環(huán)路———Papez 環(huán)路。同期，芝加哥大學(xué)的Kluver 和 Bucy 發(fā)現(xiàn)，恒河猴在雙側(cè)顳葉被切除之后，出現(xiàn)恐懼減少。甚至當(dāng)它們的身邊出現(xiàn)天敵蛇類的時候，實(shí)驗猴也不會逃避。而且，通常與恐懼有關(guān)的發(fā)聲和面部表情也在減少。這些觀察都提示，顳葉切除可能會導(dǎo)致正常情緒體驗和表達(dá)的減少 。研究者繼續(xù)雙側(cè)切除野貓的杏仁核，發(fā)現(xiàn)野貓像家貓一樣溫馴。而大鼠雙側(cè)杏仁核切除后會主動接近一只安靜的貓。1954 年， Karl Pribram 等人損毀猴王的雙側(cè)杏仁核，發(fā)現(xiàn)猴王的社會地位降到社會醉底層。以上實(shí)驗提示杏仁核在恐懼和攻擊行為中的功能。1954 年美國著名的心理學(xué)家 James Olds 和 Peter Milner 將極為細(xì)小的針狀電極埋藏于實(shí)驗動物腦內(nèi)，并通過這些電極施以電脈沖以影響腦深處的活動，發(fā)現(xiàn)腦的正性強(qiáng)化中樞。這些通過損毀實(shí)驗動物的某些腦區(qū)或埋入電極研究情緒的方法，為情緒神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制的研究奠定了重要基礎(chǔ)。
世紀(jì) 30 年代，人們也開始在實(shí)驗室環(huán)境，研究并摸索如何評價動物的情緒狀態(tài)。1934 年， Hall *使用曠場實(shí)驗 ( open field) ，觀察大鼠禁食后，活動增強(qiáng)，并且進(jìn)入中央?yún)^(qū)時間減少，出現(xiàn)焦慮狀態(tài)。1968 至1975 年，Seligman 相繼以狗和大鼠為實(shí)驗對象，建立了獲得性無助動物模型及評價方法，模擬抑郁癥病人的習(xí)得性無助行為，具有良好的表觀效度，一直用于抑郁癥的病理生理機(jī)制及抗抑郁藥效學(xué)研究。1977年，Porsolt 等用大小鼠建立了強(qiáng)迫游泳( forced swimming) 行為學(xué)評價方法; 1985 年，Steru 等建立了小鼠懸尾評價方法。這兩種方法被廣泛用于抗抑郁藥物的篩選，具有良好的預(yù)測效度。1982 年，Katz 等發(fā)現(xiàn)，慢性應(yīng)激狀態(tài)的大鼠對蔗糖水的攝入量下降。Willner 及其同事?lián)私⒘颂撬珢蹖?shí)驗，用評價抑郁癥動物模型的快感缺失狀態(tài)。在國內(nèi)，劉新民等建立了獲得性無助分析系統(tǒng)和懸尾測試分析系統(tǒng) 廣泛應(yīng)用于大小鼠抑郁模型情緒評價。非人靈長類動物因為在遺傳學(xué)、解剖結(jié)構(gòu)等方面與人類更為接近，是抑郁癥等精神疾病的理想模型。研究者應(yīng)用母嬰分離、調(diào)整群體的社會等級次序等方法建立了抑郁癥模型，表現(xiàn)為蜷縮行為、體重下降、自主活動度降低、躲避行為增多等。目前這些行為學(xué)指標(biāo)的評價，大都采用錄像后人工分析和量表評定的方法進(jìn)行研究。
2. 2 焦慮行為實(shí)驗方法
焦慮癥是一種以焦慮情緒為主的神經(jīng)癥，動物面臨危險情景時防御反應(yīng)系統(tǒng)激活，在行為學(xué)上表現(xiàn)為呆滯不動、探究抑制、逃跑、掩埋等，以及心率加快、排尿、血漿皮質(zhì)酮水平增加等，與人焦慮癥表現(xiàn)有相似之處。高架十字迷宮即利用動物對新異環(huán)境的探究特性和對開臂的恐懼形成矛盾沖突，用于抗焦慮藥物的篩選及焦慮作用機(jī)制的研究 。曠場實(shí)驗也是利用動物對陌生環(huán)境的恐懼，主要在周邊區(qū)域活動，在中央?yún)^(qū)域活動較少的原理，研究動物的焦慮行為。
3、運(yùn)動行為實(shí)驗方法
運(yùn)動行為實(shí)驗方法包括一般運(yùn)動行為學(xué)評價，如曠場實(shí)驗; 協(xié)調(diào)運(yùn)動評價如轉(zhuǎn)輪、平衡木實(shí)驗等;肌力評價如握力實(shí)驗; 耐力行為學(xué)評價，如負(fù)重游泳、跑臺實(shí)驗等。
動物的各式各樣運(yùn)動，如跑、跳、游泳、飛翔等，是實(shí)驗動物行為學(xué)研究的重要組成部分。同時，動物的每一種行為學(xué)檢測方法都需要動物進(jìn)行運(yùn)動。如果動物的運(yùn)動功能被削弱，就不能承擔(dān)復(fù)雜的實(shí)驗任務(wù)，比如迷宮的訓(xùn)練、社交行為的檢測甚至覓食等活動都會受限，從而影響實(shí)驗結(jié)果。另外，運(yùn)動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)。因此，運(yùn)動功能檢測是實(shí)驗動物行為學(xué)檢測的重要內(nèi)容。
曠場實(shí)驗可用于檢測動物的自發(fā)活動行為。
滾軸實(shí)驗( rotarod test) 需要動物在滾軸上保持平衡并連續(xù)運(yùn)動，用于檢測動物的協(xié)調(diào)性。
平衡木實(shí)驗觀察受試動物能否跨越一系列的窄木到達(dá)一個封閉安全的平臺，主要用于測定動物的平衡能力。
握力實(shí)驗( grip strength) 是根據(jù)大小鼠善于攀爬，喜用爪抓持物體的習(xí)性而設(shè)計，主要用于檢測嚙齒類動物肌肉力量和神經(jīng)肌肉接頭功能。
負(fù)重游泳實(shí)驗可用于檢測動物的耐力，建立疲勞模型。謝磊等建立視頻原理的負(fù)重游泳分析系統(tǒng)，減少人footprint analysis) 用于定量評估人或動物的步態(tài)，早源于臨床上對患者步態(tài)的分析，而后用于動物步態(tài)分析。
Li 等 結(jié)合光學(xué)足跡增強(qiáng)、高速分辨攝像以及智能足跡識別技術(shù)建立VisuGait全自動步態(tài)分析系統(tǒng)，可以穩(wěn)定識別動物的足跡，并提出平均體轉(zhuǎn)角等更為靈敏可靠的行為學(xué)指標(biāo)。
靈長類動物的運(yùn)動行為評價，如取物實(shí)驗等，計算動物將食槽中的蘋果全部取走的時間，一般需要人工計時。紅外和視頻原理的非人靈長類行為分析系統(tǒng)，可用于分析動物的晝夜運(yùn)動路程、運(yùn)動及靜止時間等，也正逐漸用于非人靈長類動物運(yùn)動行為分析。
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