评估大鼠不同冲动行为表现的三种实验方法

摘要

我们介绍了三种用于评估大鼠及其他小型哺乳动物不同形式冲动行为的实验方案。跨期选择程序用于评估个体对延迟结果的价值贴现倾向。低反应率差异强化和特征阴性辨别分别用于评估在有或无不当反应惩罚条件下动物的反应抑制能力。

摘要

本文提供了一种用于实施和分析三种基于条件反射的实验方案以评估大鼠冲动性的指南。冲动性是一个重要的概念，因其与人类的精神疾病以及非人类动物的适应不良行为相关。目前认为，冲动性由多个独立的因素构成。已有研究设计出相应的实验室方案，利用标准化的自动化设备来评估各个因素。延迟折扣（delay discounting）与个体难以被延迟结果所激励的能力缺陷相关，该因素通过时间间隔选择范式进行评估，该范式包括 呈现给个体一种选择情境，即在即时奖励与更大但延迟的奖励之间进行抉择。反应抑制缺陷与无法抑制优势反应的能力相关。低反应率差异性强化（DLR）和特征负性辨别任务用于评估冲动性中的反应抑制缺陷因素。前者对有动机的个体设定条件，要求其在反应获得奖励前必须等待至少一段最短时间；后者则评估个体在出现食物缺失信号时抑制觅食反应的能力。这些实验方案的目的是建立一种客观的、可量化的冲动性测量指标，以实现跨物种比较，并为转化研究提供可能。这些特定方案的优势在于其简便的设置与应用，这源于所需设备较少以及方案本身的自动化特性。

引言

冲动性可被概念化为一种与适应不良结果相关的行为维度¹。尽管该术语被广泛使用，但学界对其精确定义尚未达成普遍共识。事实上，一些研究者在定义冲动性时，往往通过列举冲动行为或其后果的实例，而非明确界定支配该现象的独特特征。例如，冲动性被认为涉及无法等待、缺乏计划能力、难以抑制优势行为，或对延迟性结果不敏感²，并被视为成瘾行为的核心易感因素³。Bari 和 Robbins⁴ 将冲动性描述为强烈冲动与功能失调的抑制过程共同发生的现象，其中冲动由个体特质和情境变量触发。Dalley 和 Robbins 提出了另一种定义，认为冲动性是一种倾向于迅速且常为过早行动的倾向，且缺乏适当的洞察力⁵。此外，Sosa 与 dos Santos⁶ 提出的另一种冲动性定义指出，这是一种行为倾向，由于与奖励偶然相关的刺激对个体反应施加了习得性控制，导致个体偏离最大化获取可用奖励的行为路径。

由于冲动性与多种行为过程相关，其神经生理学基础涉及与动机行为、决策和奖赏评估共同的脑区结构。研究表明，皮质-纹状体通路（例如伏隔核 [NAc]、前额叶皮层 [PFC]、杏仁核和尾状壳核 [CPU]）以及上行单胺能神经递质系统均参与冲动行为....

方案

本节所述的三种实验方案均需使用大鼠作为实验对象。大多数实验室大鼠品系均适用，例如Wistar、Long-Evans、Sprague-Dawley等。根据《实验动物护理与使用指南》（美国国家研究委员会生命科学实验动物资源研究所，1996年）， Universidad Iberoamericana的伦理委员会已批准本研究所涉及的实验方案。

1. 动物饲养与准备

1. 确定将使用的实验大鼠数量。这取决于多个因素，例如所选的实验设计类型、所需的统计功效、研究成本以及可用于开展研究的时间²⁶。
2. 使用永久性标记笔标记每只大鼠的尾巴，以用于识别。
3. 将大鼠单独饲养或以小组形式（2–5只）饲养，并自由提供饮水。
4. 限制大鼠的食物摄入，以增强其参与实验方案的动机。对于单独饲养的大鼠，一种简便的食物限制方法是将其体重降至自由进食状态体重的85%（仅适用于成年大鼠）²⁷。在实施实验方案后，通过提供补充食物来维持该目标体重。对于群体饲养的大鼠，在每天实施实验方案后提供60分钟的进食时间²⁷。
5. 将条件反射实验箱置于隔音和避光的外壳内。

2. 初步训练

结果

本文所述的三种实验方案可单独实施，也可与其他实验程序联合使用；具体选择取决于研究问题，而研究问题又决定了研究设计。以下是一些与这些实验方案兼容的研究设计示例：（1）时间序列研究，旨在描述行为表现的纵向变化；（2）个体变异性量化研究，旨在确定测量指标的可靠性；（3）横断面相关研究，旨在评估某一实验方案中的表现是否可用于预测后续另一实验方案中的表现；（4）纵向相关研究，旨在确定某一实验方案中的表现是否可用于预测同时进行的另一实验方案中的表现；（5）非实验性组间比较，旨在评估来自不同人群的两个或多个样本在冲动性行为表现上是否存在差异；（6）前测-后测比较，旨在确定某种干预（如行为学、药理学、外科手术干预）是否能有效改变（如增强、减弱或稳定）冲动性行为表现；（7）实验性简单组间比较，旨在评估某种干预是否能有效改变冲动性行为表现，但无法进行前测（例如，在发育早期实施、旨在影响成年期行为表现的干预）。本列表并非穷尽所有可能，鼓励采用多种研究设计的组合形式。

如上所.......

讨论

本文介绍了一系列用于检测大鼠冲动性的多样化实验方案。这些特定方案因其编程和数据分析简便，且所需操作设备和刺激装置少于其他可选方法而受到青睐。有效实施这些方案包含若干关键步骤，例如：（1）提出研究问题，（2）选择合适的研究设计，（3）编写选定方案的程序，（4）开展实验，（5）收集数据，（6）分析数据，以及（7）解释数据。合理构建研究问题有助于缩小可能的研究路径范围。一个聚焦明确的研究问题更可能引导出恰当的研究设计，从而帮助研究人员深入理解所选主题。这些方案的一个核心特点是高度自动化。为了实现对条件化实验箱的无误操作和数据的自动采集，必须编写详尽的程序代码。若实验执行得当（每日在同一时间由相同实验人员操作，并充分考虑主要混杂因素），这些方案可产生大量可在多种分辨率下进行解释的数据；例如，以分子级方式（逐次反应）、逐次试验方式、会话内区块、跨会话等不同层次进行分析。

本文所述方案已在其他地方得到验证。例如，Orduña 采用跨期选择程序的并发链式版本，³⁷ 发现有力证据表明，与对照组动物相比，ADHD大鼠模型表现较差（参见

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
25 针电缆	Med Associates	SG-213F	连接智能控制卡与智能控制面板
40 针带状电缆	Med Associates	DIG-700C	连接计算机与接口机柜
计算机	Dell Computer Company	T8P8T-7G8MR-4YPQV-96C2F-7THHB	用于控制和监控实验方案’的运行过程
导电电缆	Med Associates	SG-210CP-8	通过机架式电源为智能控制面板供电
带底座的食物分配器	Med Associates	ENV-203M-45 (12937)	静音提供 45 mg 食物颗粒
头部进入检测器	Med Associates	ENV-254-CB	利用红外光束检测动物头部进入食盒的行为
笼内照明灯	Med Associates	ENV-215M	为实验箱内部提供 均匀的漫射照明
接口机柜	Med Associates	SG-6080D	可容纳最多八块智能控制卡的模块化机箱
Med-PC IV 软件	Med Associates	SOF-735	将代码转换为控制输出设备并记录/存储输入信息的指令
多频音调发生器	Med Associates	ENV-223 (597)	用于控制音调频率
面板填充件	Med Associates	ENV-007-FP	在未使用设备时填充模块化墙壁上的空位
颗粒食盒	Med Associates	ENV-200R2M	接收并暂存由分配器传送的食物颗粒
机架式电源	Med Associates	DIG-700F	为接口机柜供电
可伸缩杠杆	Med Associates	ENV-112CM (10455)	检测压杆反应；可根据需要伸入或缩回实验箱内
智能控制卡	Med Associates	DIG-716	控制一个条件化实验箱最多八个输入和四个输出
智能控制面板	Med Associates	SG-716 (3341)	将智能控制卡连接至条件化实验箱内的各个设备
扬声器	Med Associates	ENV-224AM	用于在实验箱内提供音调刺激
标准大鼠用模块化实验箱	Med Associates	ENV-008	由铝制框架构成，专为安装各类模块化设备而设计
标准隔音、避光及温控外壳	Med Associates	ENV-022MD	用于容纳各个条件化实验箱
刺激光源	Med Associates	ENV-221M	提供圆形聚焦光刺激
三针电缆	Med Associates	SG-216A-2	连接智能控制面板与条件化实验箱中的各个输入和输出设备