利用旷场迷宫检测小鼠的运动能力和焦虑样行为

摘要

本方案提供了利用旷场迷宫评估实验小鼠模型的一般运动活性、焦虑及情绪行为的方法。

摘要

动物模型已被证明对研究人员回答行为机制相关问题具有不可估量的价值。开放旷场迷宫（Open Field Maze）是测量动物模型行为最常用的平台之一。该实验快速且相对简便，可提供多种行为信息，从一般的运动能力到有关被试动物情绪状态的数据均可获取。针对啮齿类动物模型，该方法可用于研究不同品系的小鼠或大鼠，包括实验室培育和野外捕获的个体。该技术也适用于研究不同药理学化合物对焦虑样行为的抗焦虑（anxiolytic）或促焦虑（anxiogenic）作用。本文详细描述了使用开放旷场迷宫评估小鼠行为的实验方案，并对两种C57BL/6小鼠品系的一般运动能力和与焦虑相关的情绪行为进行了简单分析。简而言之，根据所述实验方案，野生型小鼠表现出的与焦虑相关的行为显著少于同龄的基因敲除型小鼠，而两种品系在运动能力方面表现相似。

引言

开放旷场迷宫（Open Field Maze, OFM）最初于1934年开发，用于检测啮齿类动物的情绪反应性¹。它已成为动物心理学研究中应用最广泛的行为检测方法之一²。该实验可对明确定义的行为进行简便且相对快速的评估，无需对受试动物进行训练，实施测试的人员也几乎不需要接受特殊的专业培训。这些优点使得开放旷场迷宫被广泛应用于其他动物物种的研究中，例如犊牛、猪、兔子、灵长类动物、蜜蜂和龙虾³。其广受欢迎的部分原因在于，该测试所依据的心理学和生理学概念通常较为简单且已被充分理解。例如，已有假说认为，进化力量促使动物形成了共通的应答模式，使大多数物种对特定刺激表现出由焦虑介导的恐惧或逃避反应。以啮齿类动物为例，它们对广阔、明亮、空旷且陌生的环境表现出明显的回避行为⁴。我们可以推断，它们在系统发育过程中已被条件化，将此类环境视为危险。开放旷场迷宫正是整合了所有这些特征，并以此作为其在行为范式测试中的应用基础。

开放旷场迷宫由带围壁的区域构成，围壁高度足以防止实验对象逃脱。典型的迷宫形状为圆形或方形，其面积根据所测试对象的体型而定，需足够大，以使迷宫中心区域产生开阔感。在开放旷场迷宫中可记录多种变量，大多数参数涉及不同类型的运动活动²。行走活动是最常研究的行为，但也可测量其他行为，如潜伏期或直立行为。通常情况下，啮齿类动物的行为是在无任何物体的空旷迷宫中进行分析。然而，在迷宫地面....

方案

注意：此处进行的所有操作均已提交并获得机构动物照护与使用委员会（IACUC，研究合规办公室）批准，并遵循美国国立卫生研究院（NIH）指南执行。用于行为测试范式的实验小鼠均为未经处理的初试小鼠，且未参与其他实验。本方案中使用的C57BL/6野生型和基因敲除小鼠此前已有描述⁹，本文所展示的数据均来自该文献。

1. 测试房间和旷场实验装置的准备

1. 使用由四个活动室组成的多单元开放场迷宫（OFM）进行本项分析（图1）。每个活动室尺寸为50 cm（长）× 50 cm（宽）× 38 cm（高），由白色高密度、无孔塑料制成。
2. 迷宫地面应具有纹理以提供行走时的摩擦力，而迷宫侧壁保持光滑。迷宫的各个象限在本测试中完全保持空置。考虑到本方案的其余部分，将使用上述迷宫中的单个象限来演示开放场迷宫实验。
3. 使用前及每次测试后，用95%乙醇擦拭活动室，以清除前一只实验小鼠留下的任何气味线索。
4. 在对小鼠进行测试前，确保乙醇完全挥发。每次测试间隔可能需要5–10分钟。
5. 本项分析使用PanLab/Harvard Apparatus公司的SMART视频追踪软件记录并评估小鼠运动。
   注意：可使用任何商用视频追踪摄像机和软件来追踪实验对象并分析开放场迷宫的结果。最终用户必须清楚如何校准和运行所用软件以完成每项独立分析。无论使用何种摄像机和追踪软件....

结果

在大多数情况下，每种小鼠品系的测试个体平均数量约为20只，以产生足够的统计学意义。然而，根据小鼠的可获得性，该数量可在8至30只之间变动。根据所需的测量或比较，建议使用年龄相匹配的实验对象。

在开放旷场迷宫实验中，首个且 arguably 最重要的特定参数是总移动距离。尽管在比较时测量单位并不重要，但通常以公制单位（cm）表示。在本实验所呈现的数据中（图5），野生型（WT）或正常的C57BL/6小鼠与特定基因敲除的C57BL/6小鼠品系（KO）表现出相似的移动能力。当不同品系或处理组之间所行进的总距离相近时，对情绪相关行为的进一步分析将更为简便，因为此时运动活动的影响实际上已被排除。如果被测试小鼠的运动能力存在显著差异，则对区域进入次数或在迷宫特定区域停留时间等指标的进一步分析可能会因活动量差异而产生偏差，而非真实反映品系或处理效应。虽然已有方法可用于校正运动活动的不均衡，但这些方法通常与具体的研究问题密切相关。

由于两种小鼠品系的总活动距离相似，我们能够分析野生型（WT）与基因敲除型（KO）.......

讨论

开放旷场迷宫是动物行为学研究中最常用的实验平台之一。在进行开放旷场迷宫实验（OFM）过程中，可采集并分析多种重要的传统和行为学参数^2,4。这些数据使研究人员能够测量从整体运动活动到与焦虑相关的情绪行为等多种行为表现⁸。然而，开放旷场迷宫的使用也存在一些不足之处。其中一个混杂因素是在任何一次测试过程中可被操控的静态变量范围较广，例如时间、光照条件以及是否引入新异物体等。实验方案设置与设计上的差异虽然对于支持广泛的应用至关重要，但也使得不同研究之间的比较变得困难。当受试对象本身存在差异，例如使用不同遗传背景或转基因小鼠品系，以及接受不同药物处理时，测试结果之间的可比性将进一步降低。尽管存在这些问题，开放旷场迷宫仍然是啮齿类动物行为研究中最广泛应用的技术之一。本文将讨论通过开放旷场迷宫获得的结果及其分析方法，并探讨其与小鼠焦虑和情绪性之间的关系。

本方案可便捷地表征旷场行为的三个方面：1）测试全程计时期间动物行走的总距离（单位：cm）；2）趋壁性，即动物在迷宫外周墙壁附近停留的时间占整个10分钟测试时长的百分比，用以指示类似焦虑的行为；3）移除.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
多单元旷场实验	San Diego Instruments, Inc.	White 7001-0354	可使用任何单单元或多单元旷场迷宫
SMART DT 跟踪软件	PanLab/Harvard Apparatus	76-0695	本实验方案可配合任何跟踪软件使用
Sony 990x 视频摄像机录像机	Sony	CCD-TRV328	可将任何合适的视频摄像机连接至计算机，用于记录运动轨迹。