本文介绍了一种用于在牛中开展多种行为测试的方案，这些测试旨在评估动物的情绪状态。通过一系列行为测试（开放场测试、惊吓测试、牛零迷宫测试、出栏速度、圈舍评分和保定架评分），评估动物性情的不同组成部分。
本文内容
摘要
摘要
动物性情复杂，影响生产性能和经济效益。量化动物对不同刺激的反应有助于选育决策，并识别出更适应特定管理策略的个体。目前已开发出多种用于评估牛只性情的测试方法（例如出栏速度、保定架评分、圈舍评分、开放场测试、惊吓测试、牛类零迷宫），但每种测试仅评估动物对特定刺激的反应（例如隔离、新环境、惊吓、进入封闭区域的意愿）。研究发现，牛只性情在时间推移中相对稳定。然而，性情评估可能受到当前环境条件、既往经历以及观察者偏倚的影响。许多此类性情测试曾被错误地归类为恐惧测试，且因主观性强而受到批评。本文提出了一套标准化牛只行为测试的框架，并指出这些不同的评估方法实际上衡量的是动物整体性情的不同方面。
引言
动物性情与探索行为和大胆性等行为特征相关1,2，并且在时间和不同情境下表现出一定的稳定性3,4。然而，性情是由多种情绪系统协同作用构成的。动物会经历生理和心理上的应激源，评估其对这两类应激源的情绪反应具有挑战性。情绪状态会影响动物对刺激的感知方式（例如认知偏倚），是动物福利的关键组成部分5。了解个体动物在面对心理应激源（如混群、断奶、饲养人员变更）时的行为反应，将为动物管理者提供额外的选择依据，以识别出具备应对心理应激能力的个体。
情绪由大脑内的七个核心情感系统控制（表1）6。这些系统包括四个控制积极情绪的系统：1）寻求系统（探索行为）、2）性欲系统（性兴奋）、3）照料系统（养育行为）和4）游戏系统（社交愉悦）。另有三个系统控制消极情绪：1）恐惧系统（焦虑）、2）暴怒系统（愤怒）和3）悲痛/分离哀伤系统（分离痛苦）。这些情感系统可能具有遗传性7，影响生产效益，并且是动物福利的关键组成部分。
已开发出一系列测试方法用于评估牛只性情（例如出栏速度、保定栏评分）。然而，性情评估结果可能受到当前环境条件、既往经历以及观察者偏倚的影响。尽管这些行为评估方法常被称为恐惧测试，但它们所量化的情绪成分可能并非仅仅是“恐惧”这一单一情绪。此外，由于这些测试在实施方式上存在差异，导致不同评估结果之间的比较十分困难。因此，有必要明确这些行为评估方法之间的相互关系，并建立标准化的性情评估操作规程。
本文旨在直观记录用于牛的不同恐惧测试方法；展示从这些不同测试中生成的数据类型；评估这些测试的可重复性、有效性和可靠性；演示如何评估从这些测试中获取的行为之间的相互关系；并建议每种测试可评估的情绪回路。
方案
此处所述所有方法均已获得德克萨斯农工大学机构动物护理与使用委员会（IACUC）的批准&M 大学（IACUC2016-0356）。
1. 动物与饲养
- 在试验开始前7天，将来自同一牛群的32头1岁大、品种组成为¼瘤牛（Bos indicus）与¾牛（Bos taurus）杂交的阉牛，平均分配至两个干饲栏（每栏16头）中进行饲养。试验开始时，阉牛平均体重为270.9 ± 14.8 kg，在整个研究期间饲喂相同的标准化生长期日粮。
- 作为常规饲养管理操作的一部分，每天对阉牛进行目视评估。在整个研究期间，未对任何阉牛进行医疗处理。
2. 测试描述
- 测试1：出栏速度
- 在处理通道前方放置电子计时器，使起始点与停止点之间的距离为1.8 m。这些计时器设计为当动物穿过第一个电子光束时开始计时，穿过第二个电子光束时停止计时。
- 将牛群通过处理设施。
- 将每头动物固定在通道的头部夹具中，并保持约束10秒。
- 10秒后，从头部夹具中释放动物。
- 使用电子计时器记录动物从通道释放后行进1.8 m所需的时间。
- 通过将1.8 m除以动物从头部夹具和通道释放后行进1.8 m所需的时间，计算动物离开通道时的速度。
注：其他出版物已采用此数据采集策略8,9,10,11。
- 测试2：通道评分
- 将牛群通过处理设施。
- 将每头动物在通道的头部夹具中固定10秒，期间不对动物身体施加压力。
- 安排一名观察者在10秒内观察牛只行为，并根据2019年牛肉改良联合会《统一牛肉改良项目指南》第9版（表2）对每头动物在约束期间的行为进行评分。
- 10秒后，从头部夹具和通道中释放动物。
注：其他出版物已采用此数据采集策略12,13,14。
- 测试3：圈舍评分
- 将五头牛组成一组放入一个圈舍（7.3 m 宽 × 7.3 m 长 × 2.4 m 高）。
- 安排一名牛群不熟悉的人员步行进入圈舍，并在进入后关闭门。
- 该观察者向牛群方向迈出两步。
- 目视观察每头动物对观察者的反应行为。
- 在进入圈舍后30秒内，根据2019年牛肉改良联合会《统一牛肉改良项目指南》第9版（表3）为每头动物评分。
- 每组动物测试结束后，清理圈舍中的尿液和粪便。
注：其他出版物已采用此数据采集策略10,11。
- 测试4：牛只零迷宫
- 构建一个牛只零迷宫（BZM）。
- 使用牛栏板构建一个宽1.6 m的环形通道，内径和外径分别为6.6 m和8.2 m（图1）。
- 将BZM均分为四个等长象限，其中两个相对的象限为开放区，另两个相对的象限为封闭区；封闭区的栏板需覆盖遮阳布，并将遮阳布拉伸覆盖在迷宫的内环和外环上方，形成封闭区域的顶棚。
- 若测试在室外进行，为尽量减少阴影带来的变异，应将迷宫的封闭部分朝向南北方向，并在每天测试日的中午左右进行测试。
- 安装摄像机以完整拍摄整个测试区域。打开摄像机并开始录像。
- 采用低应激处理方法，将单头动物引入迷宫的开放区域，允许其在测试区域内自由探索10分钟。
- 10分钟观察期结束后，将动物送回其原圈舍。
- 每头动物测试结束后，清理测试区域中的尿液和粪便。
- 分析视频录像，记录步数频率和潜伏期、逃逸尝试次数、踢腿次数、排尿次数、排便次数、发声次数、站立持续次数、站立总时长、行走总时长、进入封闭区域的潜伏期、进入封闭区域的次数、在封闭/开放区域停留的时间、在开放/封闭臂之间转换的次数。所用指标基于先前已发表的研究15。
- 构建一个牛只零迷宫（BZM）。
- 测试5：个体惊吓测试与群体惊吓测试
- 构建一个测试区域（7.3 m 宽 × 7.3 m 长 × 2.4 m 高），地面应坚实、均匀，无植被或粪便，并在区域两端相对位置设置两个封闭的雨伞装置（图2）。雨伞应设计为可通过按钮瞬间打开。
- 确保测试区域的侧壁为实心结构，或用胶合板或遮阳布覆盖，以防止动物看到区域外部。
- 在测试区域相对两侧、约牛头部高度处开孔，以便雨伞穿过。
- 安装摄像机以完整拍摄整个测试区域。打开摄像机并开始录像。
- 采用低应激处理方法，将单头动物引入测试区域；进行群体惊吓测试时，引入约四头动物组成的小群体。
- 动物进入测试区域60秒后，同时打开两个雨伞。
- 雨伞打开后，让动物在测试区域内停留4分钟。
- 每次测试之间，清理测试区域中的尿液和粪便。
- 分析视频录像，记录每头动物的步数频率和潜伏期、逃逸尝试次数、触碰雨伞次数、踢腿次数、排尿次数、排便次数、发声次数、站立持续次数、站立总时长、测试前60秒内的步数、雨伞打开后60秒内的步数。所用指标基于先前已发表的研究16。
- 构建一个测试区域（7.3 m 宽 × 7.3 m 长 × 2.4 m 高），地面应坚实、均匀，无植被或粪便，并在区域两端相对位置设置两个封闭的雨伞装置（图2）。雨伞应设计为可通过按钮瞬间打开。
- 测试6：开放场测试
- 构建一个方形测试区域（7.3 m 宽 × 7.3 m 长 × 2.4 m 高），地面应坚实、均匀，无植被或粪便。测试区域的侧壁应为实心结构，或用胶合板或遮阳布覆盖，以防止动物看到区域外部。
- 安装摄像机以完整拍摄整个测试区域。打开摄像机并开始录像。
- 采用低应激处理方法，将单头动物置于侧壁封闭的开放场测试区域中心。
- 让动物在测试区域内停留10分钟。
- 10分钟后，将动物送回其原圈舍。
- 每头动物测试结束后，清理测试区域中的尿液和粪便。
- 分析视频录像，记录首次迈步的频率和潜伏期、逃逸尝试次数、踢腿次数、排尿次数、排便次数、发声次数、站立持续次数、站立总时长、行走总时长、总步数、测试前60秒内的步数。所用指标基于先前已发表的研究17,18,19。
3. 统计分析
- 使用皮尔逊相关性分析（PROC CORR）评估测试间和测试内的重复性，并通过克朗巴赫α系数（PROC CORR）计算信度。采用回归分析（PROC REG）评估反应变量与平均日增重（ADG）之间的有效性。
- 在对变量进行标准化处理（PROC STANDARD）后，使用聚类分析（PROC VARCLUS）识别不同测试内部及之间变量的相互关系。其中许多变量可对生产指标进行回归分析，以确定这些测试中牛只行为与生产性能之间的生产相关性关系。
结果
这些结果可用于表征牛对不同类型刺激的行为反应性，相关信息可能影响个体保留和育种选择决策。通常应在动物年幼时进行这些测试，以尽量减少先前经验对其行为的影响20。这些不同行为测试之间的相互关系可能有助于预测动物在其他测试中的行为及其生产性能。这些测试的重复性也各不相同，某些测试在时间上相对稳定，而另一些则不然。
对于每项测试，我们将展示该特定测试中所收集指标的重复性、有效性与可靠性。我们将概述每项测试的优缺点，并讨论可能涉及的情绪相关神经环路。随后，我们将展示一项针对所有测试中执行步数的主成分分析示例。
出栏速度（Exit Velocity, EV）
EV 可能随着动物年龄增长而略有下降，但总体保持相对稳定9,10,21。该指标具有较高的重复性（R = 0.72；p < 0.0001），其相对于平均日增重（ADG）的有效性取决于具体条件（R2 = 0.12，p = 0.03）。然而其可靠性较差（ICC = 0.41）。EV 测试具有测试时间短、响应变量客观、可重复且有效等优点，但需要设备投入，且可能受到圈养设施和评估者既往经验的影响，可靠性较低。
情绪回路：恐惧（FEAR）
群体评分（Pen Score, PS）
PS 的重复性较低（R = 0.35；p = 0.05），其相对于平均日增重（ADG）的有效性取决于具体条件（R2 = 0.12，p = 0.03）。该方法的可靠性不可接受（ICC = 0.33）。PS 测试具有测试时间短、可同时评估多只动物的优点。然而，该方法具有主观性，可能受到动物先前被人抓握等负性经历的影响，也可能受评估者外貌和肢体语言的影响，且对评估者存在一定风险。总体而言，其重复性和可靠性均较低。
情绪回路：PANIC
通道评分（Chute Score, CS）
CS 的重复性较低（R = 0.15，p = 0.42），且其相对于平均日增重（ADG）的有效性可能无实际意义（R2 = -0.03，p = 0.67）。其可靠性较差（ICC = 0.60）。CS 测试时间较短（每头动物 10 秒），但该指标为主观性反应变量，易受设备/基础设施以及评估人员既往经验的影响。若液压系统过紧，可能导致动物发声，并改变头部限位栏的牵拉程度。动物若曾对设施有过负面经历，其评分可能被人为高估。随着动物年龄增长或体重增加，评分将下降。
情绪回路：RAGE
EV、PS、CS 与 ADG 之间的关系
图3展示了这四个变量之间的关系。随着 ADG 的增加，EV（FEAR；R = -0.41；p = 0.02）和 PS（PANIC；R = -0.42；p = 0.02）均下降。ADG 与 CS（RAGE）之间未观察到相关性。PS（PANIC）与 EV（FEAR）之间存在正相关关系（R = 0.45；p = 0.01）。CS（RAGE）与 EV 之间以及 CS（RAGE）与 PS（PANIC）之间均未观察到相关性。
牛零迷宫（BZM）
在牛零迷宫（BZM）中的行为反应（SEEKING，PANIC）见表4。由于该测试不可重复22，在重复测试期间牛的行为可能并不能准确反映其对即时刺激的反应性，但可能更能反映其核心情感状态（例如，焦虑）。
多个步骤具有较高的重复性（R = 0.71，p = 0.005）。站立次数（R = -0.61）和首次站立的潜伏期（R = 0.61）仅在初次测试中可作为情绪性（EV）的有效指标。初次测试期间的总站立时间是平均日增重（ADG）的有效指标。部分步骤的可靠性不可接受（ICC = 0.42）。BZM 包含多个可重复的步骤。站立持续时间是 ADG 的有效指标，站立行为可作为情绪性（EV）和平均日增重（ADG）的替代指标。该方法评估了多种变量。牛只行为在无人干扰的情况下被观察。响应指标具有客观性。然而，构建迷宫和实施测试（仅测试过程即需每头动物 10 分钟）需要大量资源、时间和人力，且需要视频解码。
情绪回路：SEEKING、PANIC
个体惊吓测试
尽管惊吓测试具有可重复性，但牛在单独接受测试时的行为表现与群体环境下的表现有所不同23。在个体惊吓测试过程中，牛可能会经历隔离应激，因此PANIC系统和SEEKING系统的激活可能超过FEAR系统的激活。测试中总步数（R = 0.62，p = 0.0008）以及雨伞打开后前60秒内的步数（R = 0.60，p = 0.001）具有中等程度的可重复性。该测试与平均日增重（ADG）的相关性较低（R2 = 0.07），表明其作为ADG指标的效度可能有限。整个测试期间的总步数可靠性不佳（ICC = -0.06），但雨伞打开后前60秒内的步数可靠性可接受（ICC = 0.70）。
个体惊吓测试具有多个可重复且可靠的指标，并可评估多种变量。观察牛只行为时不进行人为干预，反应指标具有客观性。然而，构建迷宫和实施测试需要较多资源、时间和人力（仅测试过程即需每头动物5分钟）。该测试需要视频解析，且可能受到隔离应激的干扰。
个体惊吓测试的情绪回路：PANIC、SEEKING
群体惊吓测试的情绪回路：FEAR
旷场实验
步数（R = 0.67，P = 0.0001）具有中等程度的重复性。由于多个步数指标（R2 = 0.03）可能不具备实际意义，其相对于平均日增重（ADG）的有效性受到限制。步数的可靠性较差（ICC = 0.26），无法接受。旷场实验评估的变量范围广泛，其中部分实验步骤具有可重复性。该实验在无人员干扰的情况下观察牛只行为，响应指标具有客观性。然而，构建迷宫并实施实验（每头动物仅测试即需10分钟）需要大量资源、时间和人力，且需要进行视频解码分析。
情绪回路：PANIC、SEEKING
多变量分析
聚类分析在数据中识别出三个主要聚类（恐惧、愤怒和惊恐/寻求）（图4）。群体惊跳实验（恐惧）中的步数与平均日增重（ADG）和探索行为（EV）聚为一类（恐惧）。苯二氮䓬类药物实验（惊恐/寻求）、开放场实验（惊恐/寻求）和个体惊跳实验（惊恐/寻求）中的步数聚为另一类（惊恐/寻求）。条件性刺激（愤怒）未与其他任何变量聚类。
| 情绪系统 | 用于检测系统激活的行为学测试 |
| SEEKING | 旷场实验、新物体识别实验、牛零迷宫实验、栏位评分 |
| LUST | 性欲评估 |
| CARE | 母性行为、断奶相关应激反应 |
| PLAY | 待定 |
| FEAR | 惊吓反射测试、出口速度 |
| RAGE | 通道评分、子代保护行为 |
| PANIC/GRIEF | 社会隔离测试、牛零迷宫实验、栏位评分 |
表1：可能用于识别大脑内不同情绪系统激活的行为学评估方法。
| 评分 | 标签 | 描述 |
| 1 | 温顺 | 性情温和，易于操作。在处理过程中站立和移动缓慢，安静、安定，略显迟钝。在通道中不会拉扯头部栏杆，离开通道时表现平静。 |
| 2 | 焦躁 | 比平均水平安静，但在处理过程中可能表现出固执。可能会试图倒退出通道或向后拉扯头部栏杆，尾巴有轻微甩动，离开通道时动作迅速。 |
| 3 | 紧张 | 典型性情尚可管理，但表现出紧张和不耐烦。有中等程度的挣扎、移动和甩尾行为，反复推拉头部栏杆，离开通道时动作迅速。 |
| 4 | 易惊（野性） | 易受惊吓且难以控制，身体颤抖并剧烈挣扎，可能吼叫并口吐白沫。单独关入围栏时可能沿围栏 frantic 奔跑甚至跳跃，表现出较长的逃避距离，离开通道时行为狂乱。 |
| 5 | 攻击性 | 可能与评分4相似，但附加攻击性行为、恐惧感、极度躁动以及持续活动，包括在通道内跳跃和吼叫。离开通道时行为 frantic，单独处理时可能表现出攻击行为。 |
| 6 | 极强攻击性 | 性情极度具有攻击性。在狭小封闭空间内会猛烈挣扎或疯狂攻击，表现出明显的攻击行为。 |
表2：牛只行为描述（根据围栏评分标准评估，牛肉改良联合会）。
| 评分 | 标签 | 描述 |
| 1 | 非攻击性（温顺） | 行走缓慢，可被人类近距离接近，对人类或设施无兴奋反应 |
| 2 | 轻度攻击性 | 沿围栏奔跑，若人类保持距离则会站在角落，可能来回踱步于围栏 |
| 3 | 中度攻击性 | 沿围栏奔跑，抬头警觉，当人类靠近时会逃跑，但在撞击门或围栏前会停下，回避人类 |
| 4 | 攻击性 | 奔跑，停留在群体后方，头部高昂且对人类高度警觉，即使有一定距离也可能冲撞围栏和门，若单独在圈栏内则很可能撞击围栏 |
| 5 | 高度攻击性 | 兴奋，冲撞围栏，冲过人类及路径上的一切物体，表现“狂乱” |
表3：牛只行为描述（根据围栏评分标准评估，牛肉改良联合会）。
| 行为表现频率 | 平均值 ± 标准误 | 最大值 - 最小值 |
| 步数（次数） | 244.11 ± 29.19 | 594 - 34 |
| 逃逸尝试（次数） | 9 ± 1.48 | 29 - 0 |
| 踢击（次数） | 8.67 ± 1.17 | 25 - 1 |
| 排尿（次数） | 0.32 ± 0.13 | 3 - 0 |
| 排便（次数） | 1 ± 0.29 | 6 - 0 |
| 发声（次数） | 0.96 ± 0.3 | 6 - 0 |
| 站立行为次数（次数） | 10.61 ± 1.06 | 25 - 0 |
| 站立持续时间（秒） | 200.23 ± 22.59 | 456.32 - 0 |
| 测试开始后前60秒内的步数（次数） | 32.18 ± 5.31 | 106 - 0 |
| 进入牛零迷宫后执行行为的潜伏期 | 平均值 ± 标准误 | 最大值 - 最小值 |
| 首次迈步潜伏期（秒） | 18.32 ± 8.36 | 228.7 - 0.03 |
| 首次逃逸尝试潜伏期（秒） | 165.67 ± 38.31 | 600 - 1.6 |
| 首次方向改变潜伏期（秒） | 76.05 ± 14.43 | 290.96 - 2.87 |
| 首次排尿潜伏期（秒） | 520.31 ± 31.64 | 600 - 42.3 |
| 首次排便潜伏期（秒） | 325.63 ± 52.13 | 600 - 0 |
| 首次发声潜伏期（秒） | 437.03 ± 45.69 | 600 - 1.7 |
| 首次站立行为潜伏期（秒） | 68.72 ± 23.6 | 600 - 0.54 |
表4：牛在牛零迷宫中表现出各种行为的频率和潜伏期。
| 个体惊吓测试 | 群体惊吓测试 | |||
| 测试期间行为发生频率 | 均值 ± 标准误 | 最大值-最小值 | 均值 ± 标准误 | 最大值-最小值 |
| 雨伞打开时间 | 63.27 ± 0.35 | 68.34 - 60.09 | 61.2 ± 0.08 | 62.16 - 60.33 |
| 步数（次数） | 318.5 ± 37.52 | 948 - 65 | 126.72 ± 12.68 | 312 - 25 |
| 逃逸尝试（次数） | 0 ± 0 | 0 - 0 | 0 ± 0 | 0 - 0 |
| 触碰雨伞（次数） | 2.27 ± 0.53 | 11 - 0 | 0.03 ± 0.03 | 1 - 0 |
| 踢腿（次数） | 0.16 ± 0.09 | 3 - 0 | 0 ± 0 | 0 - 0 |
| 排尿（次数） | 0.19 ± 0.07 | 1 - 0 | 0.13 ± 0.07 | 2 - 0 |
| 排便（次数） | 0.72 ± 0.12 | 3 - 0 | 0.72 ± 0.15 | 3 - 0 |
| 发声（次数） | 0.44 ± 0.29 | 10 - 0 | 0.03 ± 0.03 | 1 - 0 |
| 站立行为次数（次数） | 7.91 ± 0.56 | 15 - 0 | 8.66 ± 0.52 | 14 - 3 |
| 站立持续时间（秒） | 140.87 ± 13.77 | 316.25 - 0 | 188.94 ± 9.91 | 299 - 64.74 |
| 测试开始后前60秒内的步数（次数） | 62.44 ± 8.92 | 248 - 6 | 33.84 ± 3.11 | 81 - 6 |
| 雨伞打开后60秒内的步数（次数） | 72.52 ± 10.1 | 295 - 6 | 27.09 ± 3.76 | 92 - 0 |
| 个体惊吓测试 | 群体惊吓测试 | |||
| 行为首次出现的潜伏期 | 均值 ± 标准误 | 最大值-最小值 | 均值 ± 标准误 | 最大值-最小值 |
| 首次迈步潜伏期（秒） | 4.14 ± 1.46 | 36.98 - 0.11 | 2.61 ± 0.88 | 28.65 - 0.11 |
| 首次逃逸尝试潜伏期（秒） | - | - | - | - |
| 首次触碰雨伞潜伏期（秒） | 94.79 ± 14.74 | 282.84 - 11.64 | 157.76 ± 157.76 | 157.76 - 157.755 |
| 首次踢腿潜伏期（秒） | 137.29 ± 16.78 | 167.2 - 93.47 | - | - |
| 首次排尿潜伏期（秒） | 135.47 ± 38.38 | 293.79 - 29.74 | 52.87 ± 9.39 | 69.66 - 37.17 |
| 首次排便潜伏期（秒） | 104.18 ± 23 | 271.98 - 3.35 | 62.44 ± 13.74 | 196.76 - 15.11 |
| 首次发声潜伏期（秒） | 67.32 ± 41.27 | 226.89 - 3.83 | 68.15 ± 0.00 | 68.15 - 68.15 |
| 首次站立行为潜伏期（秒） | 26.52 ± 7.1 | 193.48 - 0.44 | 11.43 ± 1.76 | 45.4 - 1.12 |
| 雨伞打开后首次迈步潜伏期（秒） | 63.2 ± 1.77 | 84.19 - 6.36 | 65.94 ± 5.09 | 167.34 - 6.96 |
| 雨伞打开后首次逃逸尝试潜伏期（秒） | - | - | - | - |
| 雨伞打开后首次触碰雨伞潜伏期（秒） | 110.2 ± 16.38 | 282.84 - 11.64 | - | 157.76 – 0 |
| 雨伞打开后首次踢腿潜伏期（秒） | 137.29 ± 16.78 | 167.2 - 93.47 | - | - |
| 雨伞打开后首次排尿潜伏期（秒） | 152.34 ± 40.79 | 293.79 - 29.74 | 67.94 ± 1.72 | 69.66 - 66.21 |
| 雨伞打开后首次排便潜伏期（秒） | 160.57 ± 26.49 | 271.98 – 1 | 90.03 ± 21.26 | 196.76 - 17.39 |
| 雨伞打开后首次发声潜伏期（秒） | 100.91 ± 44.77 | 226.89 - 11.47 | - | 68.15 – 0 |
| 雨伞打开后首次站立行为潜伏期（秒） | 85.59 ± 10.32 | 297.33 - 1.27 | 76.91 ± 5.33 | 182.69 - 15.47 |
表5：牛在个体惊吓测试和群体惊吓测试中表现出各种行为的频率和潜伏期。
| 测试期间行为发生频率 | 均值 ± 标准误 | 最大值-最小值 |
| 步数（次数） | 464.28 ± 42.65 | 1607 - 91 |
| 逃逸尝试（次数） | 0.06 ± 0.04 | 2 - 0 |
| 踢击（次数） | 0.16 ± 0.06 | 2 - 0 |
| 排尿（次数） | 0.14 ± 0.04 | 1 - 0 |
| 排便（次数） | 0.44 ± 0.08 | 2 - 0 |
| 发声（次数） | 1.91 ± 0.7 | 32 - 0 |
| 站立行为次数（次数） | 13.75 ± 0.84 | 40 - 4 |
| 站立持续时间（秒） | 294.94 ± 17.85 | 562.98 - 48.72 |
| 测试最初60秒内的步数（次数） | 69.36 ± 7.72 | 297 - 0 |
| 行为首次发生所需潜伏期 | 均值 ± 标准误 | 最大值-最小值 |
| 首次迈步潜伏期（秒） | 5.9 ± 2.42 | 148.18 - 0.11 |
| 首次逃逸尝试潜伏期（秒） | 357.81 ± 158.26 | 563.23 - 45.56 |
| 首次踢击潜伏期（秒） | 355.95 ± 53.7 | 584.58 - 66.51 |
| 首次排便潜伏期（秒） | 135.38 ± 31.51 | 486.29 - 1.98 |
| 首次发声潜伏期（秒） | 162.67 ± 49.87 | 742 - 8.8 |
| 首次站立行为潜伏期（秒） | 28.11 ± 6.06 | 255.97 - 0.35 |
表6：牛在开放场测试中表现出各种行为的频率和潜伏期。
图1：牛零迷宫的三维示意图。 请点击此处查看该图的放大版本。
图2：开放场测试、笔评分测试和惊吓反射测试用实验区域的三维示意图。 红色圆圈仅表示惊吓反射测试中遮阳伞的放置位置。 请点击此处查看该图的放大版本。
图 3：Bos indicus 影响型阉牛（n = 32）的出栏速度、圈评分、驱赶通道评分与生产力之间的关系。 请点击此处查看该图的放大版本。
图 4：牛对多种恐惧测试行为反应的代表性聚类分析。 本图中，通过牛零迷宫测试（BZM）、个体惊吓测试、开放场测试（OFT）和群体惊吓测试中的步数，结合通道评分、圈舍评分、出栏速度和平均日增重进行评估。 请点击此处查看该图的放大版本。
补充材料1：论文中描述的不同评分下动物的行为表现。 请点击此处查看该文件（右键点击可下载）。
补充材料2：零迷宫构建过程的延时视频。 请点击此处查看该文件（右键点击可下载）。
讨论
出栏速度与通道评分
出栏速度（EV）和通道评分（CS）均在动物通过保定通道时进行评估。尽管EV和CS的牛只行为是在相同情境下量化的，但这两项测试的行为反应之间并无关联24。这表明，牛只对EV（例如从束缚中逃脱）和CS（例如忍受束缚）所处的情境可能存在不同的感知，因而可能反映了不同的情绪系统。EV用于评估牛只在摆脱束缚时的行为，因此被认为可反映恐惧（FEAR）系统；而CS则可能反映暴怒（RAGE）系统。CS是在牛只被限制于保定通道内时评估其行为（表2），因此可能是评估暴怒情绪系统的良好替代指标。
关于逃逸速度（EV）与生产性能、健康状况及行为特征之间的关系，已有大量研究开展。尽管EV可能受到动物既往经历的影响，但作为一种客观的量化指标，EV在评估恐惧系统方面可能具有有效性，因为已有研究证实EV与健康、生产力、繁殖及行为之间存在显著关联。逃逸速度较快的牛只具有较低的增重速率14、较差的胴体品质11,25、免疫功能下降20，以及在操作过程中皮质醇水平升高10。该指标还可反映动物在饲养栏内的行为表现，因为EV与饲养栏内的步数呈正相关13。从动物管理的角度来看，逃逸速度较快的牛只更难以操作，对饲养管理人员构成更高的安全风险，并可能影响同群个体的行为。尽管EV可能是评估恐惧系统的一个良好指标，但它并不能测量所有情绪系统。因此，仍需结合其他测试方法，以全面评估影响生产性能与动物福利的各种情绪系统。
圈养评分
该评分（PS）用于主观评估牛只接近人类的意愿（表3），可能有助于评估PANIC系统。然而，由于不同评估者对行为的解释可能存在差异，且多项主观评估的评分者间一致性较差，PS因缺乏客观性而受到批评26。
惊跳测试
焦虑在所有被捕食物种中均高度进化。高水平的恐惧有助于保护动物免受伤害，并在感知到危险时激活交感-肾上腺系统和下丘脑-垂体-肾上腺轴，作为“战斗或逃跑”及应激反应的一部分。惊跳测试用于评估动物对突然、新异刺激的反应，已被确认为识别不同遗传品系猪之间行为差异的有效测量方法27。该测试可能有效评估交感-肾上腺系统的敏感性和反应性，而该系统的激活对生产具有相关影响，并可为理解恐惧系统提供线索。
旷场实验
旷场实验（OFT）是最常用的测试方法。该实验最初设计用于评估单个动物的胆量，即动物进入开阔区域的意愿，因为这种环境可能被动物视为对其生存具有危险性和风险。OFT 已被验证适用于本能地寻求庇护并回避开阔空间的物种，如啮齿类动物、鸡和火鸡16。
牛在进化过程中适应了在开阔草场上生活，因此开放旷场实验（OFT）可能无法有效诱发与恐惧（FEAR）相关的行为和生理反应，而更适合用于评估社会隔离（PANIC/GRIEF）或探索行为（SEEKING）。此外，OFT 通常针对个体动物进行测试，而牛是群居性动物，因此在 OFT 中的经历可能引发除恐惧之外的其他情绪反应。OFT 与其他恐惧测试之间缺乏强相关性，且结果较难解释（例如，多种因素可能导致相似的活动水平）。因此，OFT 不被推荐作为牛恐惧反应的通用检测方法16，可能无法全面反映牛的恐惧系统。然而，OFT 或可用于量化牛的 PANIC 系统或 SEEKING 系统，仍具有一定应用价值。
探索系统（SEEKING系统）对动物获取生存所需资源至关重要。高水平的探索活动会引发强烈而持久的兴奋性探索行为、趋近性动机以及预期性兴奋，并促进学习。该系统可促使动物产生向前运动的行为，因其被激励去探索周围环境。探索系统在积极和消极情绪中均可能发挥作用：积极的探索可能带来目标感，而消极的探索则可能导致与寻求安全相关的行为28。研究发现，花更多时间探索且探索范围更广的母牛（例如，探索系统激活程度更强），在圈养条件下采食速度更快，其后代断奶体重更重，圈养期间皮质醇浓度更高，且产后到发情的间隔时间更短29。因此，探索系统可能对生产性能和动物福利具有重要影响。在资源和庇护所依赖个体寻找能力的广阔放牧环境中，识别出探索系统激活水平较高的动物，可能有助于筛选出生殖适应性更强的个体。然而，探索系统激活水平较高的动物在圈养条件下可能经历更高水平的应激和挫败感。
牛零迷宫
在生物医学研究中，常用于评估抗焦虑和抗抑郁药物在啮齿类动物中疗效的实验方法包括高架十字迷宫（EPM）和高架零迷宫（EZM）30。这些实验利用啮齿类动物天生倾向于躲避于黑暗、封闭空间的本能行为，来量化其探索本应引起恐惧或焦虑的开放环境的意愿。这些实验的测量指标可包括动物离开迷宫暗臂的潜伏期、在迷宫开臂和闭臂中停留的时间、测试期间在两种环境之间穿梭的次数，以及动物在测试过程中的行为表现（例如发声、排尿、排便、逃跑尝试）等31。
高架十字迷宫（EPM）和高架零迷宫（EZM）均为经过充分验证的用于量化啮齿类动物恐惧/焦虑的检测方法15,31。改良型EPM已被用于量化猪的恐惧反应32，但尚未在反刍动物中应用。然而，EPM因对迷宫中央区域行为的解释存在歧义而受到批评。因此，EZM被设计用于评估与EPM相同的指标，但可实现无中断的探索，避免了解读上的模糊性。在选择用于评估牛恐惧/焦虑和探索行为的测试方法时，EZM成为一个合理的选择。EZM符合牛的自然行为特征，因为牛具有本能的环形运动倾向，并倾向于返回其出发区域。
通过应用与 EZM 相似但解释方式相反的原理，已开发出一种牛零迷宫33，用于评估牛的恐惧（FEAR）、恐慌/悲恸（PANIC/GRIEF）和探索寻求（SEEKING）系统。牛在进化过程中适应了开阔的生活环境；因此，恐惧系统和恐慌/悲恸系统激活程度较低的牛，会更愿意停留在牛零迷宫的开放区域而非遮蔽区域，较少进入迷宫的封闭区域，并表现出更多的逃逸尝试行为。
在多次评估中量化牛的行为，可能识别出具有经济意义、易于测量且可纳入育种选择的复杂情感关系。本研究未评估与“玩耍”（PLAY）、“欲望”（LUST）和“关怀”（CARE）相关的情感神经回路。
披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
我们感谢德克萨斯农工大学动物行为与福利实验室的学生们&感谢#38;M大学在解码牛行为视频记录方面的协助，以及感谢动物科学教学与研究中心工作人员在本项目中的支持。本项目由德克萨斯农工大学（Texas A&M大学动物科学系研究生研究小型资助项目
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 电子计时器 | FarmTek, Wylie, TX | ||
| Priefert 牛栏板 | Priefert Rodeo & Ranch Equipment, Mount Pleasant, TX, USA | ||
| 遮阳布 | Windscreen4less, San Bernardino, CA, USA | 重型隐私遮挡网，颜色：纯黑色 | |
| SILENCER Commerical Pro | Silencer Hydraulic Chutes, Stapleton, NE | ||
| 遮阳伞 | WinCraft | 型号# A04852, Winona, Minnesota | |
| 摄像机 | Canon | Canon VIXIA HF R800 HD, Mellville, NY, USA |
参考文献
- Kurvers, R. H., et al. Personality predicts the use of social information. Ecology Letters. 13 (7), 829-837 (2010).
- Stöwe, M., et al. Novel object exploration in ravens (Corvus corax): effects of social relationships. Behavioural processes. 73 (1), 68-75 (2006).
- Réale, D., Reader, S. M., Sol, D., McDougall, P. T., Dingemanse, N. J. Integrating animal temperament within ecology and evolution. Biological Reviews. 82 (2), 291-318 (2007).
- Sih, A., Bell, A. M., Johnson, J. C., Ziemba, R. E. Behavioral syndromes: an integrative overview. The Quarterly Review of Biology. 79 (3), 241-277 (2004).
- Mendl, M., Burman, O. H., Parker, R. M., Paul, E. S. Cognitive bias as an indicator of animal emotion and welfare: Emerging evidence and underlying mechanisms. Applied Animal Behaviour Science. 118 (3-4), 161-181 (2009).
- Panksepp, J. A critical role for" affective neuroscience" in resolving what is basic about basic emotions. Psychological Review. 99 (3), 554-560 (1992).
- Panksepp, J. Emotional endophenotypes in evolutionary psychiatry. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 30 (5), 774-784 (2006).
- Bruno, K., Vanzant, E., Vanzant, K., McLeod, K. Relationships of a novel objective chute score and exit velocity with growth performance of receiving cattle. Journal of Animal Science. 94 (11), 4819-4831 (2016).
- Burdick, N., et al. Evolution of exit velocity in suckling Brahman calves. Journal of Animal Science. 89 (1), 233-236 (2011).
- Curley, K. Jr, Paschal, J., Welsh, T. Jr, Randel, R. Exit velocity as a measure of cattle temperament is repeatable and associated with serum concentration of cortisol in Brahman bulls. Journal of Animal Science. 84 (11), 3100-3103 (2006).
- King, D., et al. Influence of animal temperament and stress responsiveness on the carcass quality and beef tenderness of feedlot cattle. Meat Science. 74 (3), 546-556 (2006).
- Hall, N. L., et al. Working chute behavior of feedlot cattle can be an indication of cattle temperament and beef carcass composition and quality. Meat Science. 89 (1), 52-57 (2011).
- MacKay, J., Turner, S., Hyslop, J., Deag, J., Haskell, M. Short-term temperament tests in beef cattle relate to long-term measures of behavior recorded in the home pen. Journal of Animal Science. 91 (10), 4917-4924 (2013).
- Voisinet, B., Grandin, T., Tatum, J., O'Connor, S., Struthers, J. Feedlot cattle with calm temperaments have higher average daily gains than cattle with excitable temperaments. Journal of Animal Science. 75 (4), 892-896 (1997).
- Shepherd, J. K., Grewal, S. S., Fletcher, A., Bill, D. J., Dourish, C. T. Behavioural and pharmacological characterisation of the elevated "zero-maze" as an animal model of anxiety. Psychopharmacology. 116 (1), 56-64 (1994).
- Forkman, B., Boissy, A., Meunier-Salaün, M. C., Canali, E., Jones, R. A critical review of fear tests used on cattle, pigs, sheep, poultry and horses. Physiology & Behavior. 92 (3), 340-374 (2007).
- Boivin, X., Le Neindre, P., Chupin, J., Garel, J., Trillat, G. Influence of breed and early management on ease of handling and open-field behaviour of cattle. Applied Animal Behaviour Science. 32 (4), 313-323 (1992).
- Kilgour, R. J., Melville, G. J., Greenwood, P. L. Individual differences in the reaction of beef cattle to situations involving social isolation, close proximity of humans, restraint and novelty. Applied Animal Behaviour Science. 99 (1-2), 21-40 (2006).
- Redbo, I. Relations between oral stereotypies, open-field behavior, and pituitary-adrenal system in growing dairy cattle. Physiology & Behavior. 64 (3), 273-278 (1998).
- Burdick, N., Randel, R., Carroll, J., Welsh, T. Interactions between temperament, stress, and immune function in cattle. International Journal of Zoology. 2011, (2011).
- Gibbons, J. M., Lawrence, A. B., Haskell, M. J. Consistency of flight speed and response to restraint in a crush in dairy cattle. Applied Animal Behaviour Science. 131 (1-2), 15-20 (2011).
- Mathias, A., Forehand, L., Carstens, G., Daigle, C. Quantifying Stress and Anxiety: Development and Validation of a Novel Fear Test for Cattle. Journal of Animal Science. 96, 19(2018).
- Mathias, A., Daigle, C. L. Safety in numbers: Social isolation increases behavioral responses of cattle during startle tests. Journal of Animal Science. 97, 18(2019).
- Lee, C., et al. Anxiety influences attention bias but not flight speed and crush score in beef cattle. Applied Animal Behaviour Science. 205, 210-215 (2018).
- Voisinet, B., Grandin, T., O'Connor, S., Tatum, J., Deesing, M. Bos indicus-cross feedlot cattle with excitable temperaments have tougher meat and a higher incidence of borderline dark cutters. Meat science. 46 (4), 367-377 (1997).
- Czycholl, I., et al. Test-retest reliability of the Welfare Quality animal welfare assessment protocol for growing pigs. Animal Welfare. 25 (4), 447-459 (2016).
- Lawrence, A., Terlouw, E., Illius, A. Individual differences in behavioural responses of pigs exposed to non-social and social challenges. Applied Animal Behaviour Science. 30 (1-2), 73-86 (1991).
- Panksepp, J., Biven, L. The archaeology of mind: Neuroevolutionary origins of human emotions. , WW Norton & Company. (2012).
- Goodman, L. E., et al. Temperament affects rangeland use patterns and reproductive performance of beef cows. Rangelands. 38 (5), 292-296 (2016).
- Walf, A. A., Frye, C. A. The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents. Nature Protocols. 2 (2), 322(2007).
- Hogg, S. A review of the validity and variability of the elevated plus-maze as an animal model of anxiety. Pharmacology Biochemistry and Behavior. 54 (1), 21-30 (1996).
- Janczak, A. M., Andersen, I. L., Bøe, K. E., Færevik, G., Bakken, M. Factor analysis of behaviour in the porcine and murine elevated plus-maze models of anxiety. Applied Animal Behaviour Science. 77 (2), 155-166 (2002).
- Hubbard, A. J., Carstens, G. C., Forehand, L., Daigle, C. L. The Bovine Zero Maze: Development of a novel fear test for cattle. Applied Animal Behaviour Science. , 104865(2019).
重印与许可
