多室社交偏好实验已从啮齿类动物改良应用于斑马鱼，有助于在模式生物中研究社交行为。本方案验证了一种低成本的三室开放式水箱实验方法，利用网络摄像头和开源软件测量斑马鱼的社交偏好，使其更适用于本科生科研与教学。
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本文内容
摘要
摘要
理解社会行为是神经行为学研究的核心目标之一，通常通过社会偏好任务进行研究。这些任务最初为啮齿类动物设计，随后被改进用于斑马鱼，广泛用于研究社会动态和行为反应。三室开放式自由游泳任务（OTFST）包括一个中央实验箱，两侧各有一个刺激箱，上方设有摄像头，用于记录中央箱中实验个体的行为，同时使用偏振膜和背光照明以提高视频质量和有效性。本方案采用低成本装置，使用USB网络摄像头和易于获取的材料。我们重点介绍了DeepLabCut的应用，这是一种开源的无标记姿态估计算法工具，可精确追踪动物运动视频，并提供位置时间序列数据，用于多种指标的分析。预实验验证了该系统捕捉稳定社会偏好行为的能力。这种经济型方法为研究斑马鱼社会互动的实验室提供了一个易于实施且可扩展的平台，而三室OTFST的灵活性和相对简便性也使其适用于本科生教学实验室和科研项目。
引言
社会偏好是指个体对社交刺激的接近、寻求或回避倾向，是社会行为的一个基本方面，在包括人类在内的动物群体中对建立联系和等级关系起着关键作用1,2,3,4。理解社会偏好对于揭示社会互动背后的神经和行为机制至关重要。先前的研究表明，社会偏好的缺陷可能与神经发育障碍和精神疾病相关5,6,7,8。动物模型有助于揭示社会行为的生物学基础，并促进用于诊断和治疗社交障碍的转化工具的开发。这些动物模型从啮齿类动物9,10到水生物种11,12，为相关研究提供了有用的框架。
由于啮齿类动物在生理学上与人类具有相似性14
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方案
所有实验程序均经克里斯托弗纽波特大学机构动物照护与使用委员会（IACUC）批准（方案编号 #2025-23）。
1. 动物
- 获取成年短鳍野生型斑马鱼23,36,37，也可使用其他品系。或者，获取胚胎并在实验室内自行培育。
- 将斑马鱼饲养在独立的10加仑（38 L）水族箱中，饲养密度约为每加仑（3.8 L）水体两条鱼。水族箱应配备活性生物过滤器、气石和浸入式加热器。或者，可将鱼饲养在水生动物饲养架系统中。
- 维持水质参数在以下范围内：pH 7.0–8.0，电导率 400–700 µS，温度 25–27 °C，<40 ppm 硝酸盐，<0.2 ppm 亚硝酸盐，以及 0.01–0.1 ppm 氨。
- 将动物置于12小时光照：12小时黑暗的光周期条件下，并每天投喂一次商业片状饲料。
- 从这些水族箱中随机选取动物用于实验分组。
- 实验结束后，可将动物重新用于其他科研或教学用途，或将其浸入250–500 mg/mL缓冲三卡因溶液中30分钟实施安乐死，随后采用物理方法（例如断头）以确保死亡。可利用安乐死后动物进行后续的生物测定和/或神经化学分....
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结果
为了验证上述低成本方法，采用 Velkey 等人实验中的一项条件33 使用当前低成本装置重复了该实验。向受试者（N = 23，男性11名，女性12名）呈现左侧的人工移动模型（低保真度）社交刺激和右侧的真实鱼群（高保真度）社交刺激（图2）；如先前的研究所示33,34 未使用OTFST检测到刺激位置的任何效应或交互作用，人工社交刺激和真实社交刺激的位置是固定的，未进行平衡。采用样本技术获取的数字视频通过DeepLabCut进行特征分析，以每秒30帧的频率提供每个受试者在测试过程中运动的位置时间序列数据补充文件 1）。实验中将中心实验区域的视频画面均分为三个等大的垂直区域（左侧移动区、中央区和右侧活体鱼群区），并使用Python代码对这些区域进行后续分析。分析结果提供了每条鱼在各区域内所停留时间占整个实验时长的百分比，以及在各区域内静止不动的时间占整个实验时长的百分比（像素移动少于3个像.......
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讨论
本方案表明，当前这种低成本改造的三室开放式场测试装置（3-Chamber OTFST）能够可靠地通过个体在特定区域停留的时间来表征成年斑马鱼的社会偏好行为。利用低成本的构建材料、USB连接的网络摄像头以及开源的视频采集与分析软件，本系统成功重现了斑马鱼更偏好真实活体同种鱼群而非低仿真移动模型的经典发现。这些结果验证了低成本三室OTFST模型在研究鱼类视觉介导社会偏好方面的有效性。在本方案实施过程中，必须在中央测试室两侧壁上安装偏振薄膜，以确保只有实验个体能够看到两侧相邻测试室中的视觉刺激，同时防止活体刺激鱼看到对侧测试室中的视觉刺激。同样，必须通过PVC框架将测试室固定到位，以保证各次实验间视频构图的一致性。为保持光照恒定，在测试装置后方设置了LED背光源，并校准至照度均匀的15 lux。为确保视频采集正常进行，摄像头应正对中央测试室放置，使水箱正面完全充满视频画面。为尽量减少摄像头位置的扰动，需将摄像头牢固地旋紧在支架上，并将USB线缆固定在安装杆上。为进一步降低干扰风险，可在摄像头外部或安装框架上加装摄像头防护笼，防止摄像头因碰撞而偏离对准位置。
本方案的一个显著优势在于整合了.......
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披露
作者声明不存在利益冲突。资助方在研究设计、数据收集、分析或解释、论文撰写，以及决定是否发表研究结果等方面均未发挥作用。
致谢
作者谨此感谢克里斯托弗纽波特大学 TheFishLab 团队的 Rommel Pagkalinawan、Robby Buck、Elizabeth Hiltz、Haley Dewitt、Maia Tankersley、Alexis Thai-Nguyen、Grady Fleming、Jacob Young 和 Jack Medlin，他们在动物饲养以及验证实验的数据收集中作出了贡献。作者还感谢 Samantha Commons 在 2025 年夏季社区负责人项目期间提供的协助，包括对现有高成本装置和低成本装置的所有组件进行清点。作者同时感谢克里斯托弗纽波特大学学生研究与创意活动办公室通过本科生暑期学者项目为 K.K. 提供的资金支持。图 2 由 Kinslow, K. (2025) 使用 BioRender 制作。https://BioRender.com/wbf0wph。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 10加仑水族箱 | Aqueon, Inc. Franklin, WI, 美国 | #100110010 | 在当地宠物用品店购买（1 到 4） |
| 12 个 1 英寸 T 型管夹 | JoyHua 贸易公司，中国 | ASIN #B0DF19DJF1 | 从 Amazon.com 购买（1） |
| 双联电盒 | Sigma Engineered Solutions，美国北卡罗来纳州罗利 | # 14350 | 在当地五金店购买（1） |
| 3/4" 银色金属电气导管（EMT）— 10英尺 | Wheatland Tube, Inc.，美国宾夕法尼亚州惠特兰 | #0550110000 | 在当地五金店购买（3） |
| 三芯电缆 | Utilitech, Inc.，美国北卡罗来纳州夏洛特 | UT010710 | 在当地五金店购买（1） |
| 三孔插座 | 伊顿公司，比奇伍德，俄亥俄州，美国 | #270W-SP-LW | 在当地五金店购买（1） |
| 三通空气阀 | Penn-Plax, Inc. 35 Marcus Blvd. Hauppauge, NY, 美国 | 模型 VN3 | 在当地宠物用品店购买（1） |
| A4 卡纸（白色），覆膜 | 有所不同 | 有所不同 | 从校园书店购买（2） |
| 活性生物过滤器 Penguin 100 | Spectrum Brands Pet, LLC，美国弗吉尼亚州布莱克斯堡 | #PF00100B | 在当地宠物用品店购买（1至4） |
| 气石 | Penn-Plax, Inc. 35 Marcus Blvd. Hauppauge, NY, 美国 | AS6Q 型号 | 在当地宠物用品店购买（3） |
| 水族箱通气管 | Penn-Plax, Inc. 35 Marcus Blvd. Hauppauge, NY, 美国 | 模型 STD8 | 在当地宠物用品店购买（1） |
| 黑色织物双人床单（167.6 厘米 × 243.8 厘米） | Royale Linens, Inc.，美国纽约州梅尔维尔 | #00011342258875 | 从亚马逊网站（Amazon.com）购买（3） |
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| 可调光发光二极管（LED）平板灯 | Lithonia Lighting-Acuity Brands, Inc.，美国佐治亚州康耶斯 | CTCL-153P-WH | 从 Amazon.com 购买（1） |
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| 无边框5.5加仑水族箱 | Aqueon, Inc. 富兰克林，威斯康星州，美国 | #100541424 | 在当地宠物用品店购买（3） |
| 自粘性白色塑料薄膜 | CON-TACT 品牌，美国加利福尼亚州拉米兰达 | #16F-C9A952-06 | 在当地五金店购买（1） |
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| 小滑轮 | 有所不同 | 不固定 | 在当地五金店购买（1） |
| 可浸入式50 W加热器（预设为26°C） | Aqueon, Inc. 富兰克林，威斯康星州，美国 | #100106251 | 在当地宠物用品店购买（3 到 7） |
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| 白色PVC板 1/4" × 24" 48" | Royal Building Products，布里斯托尔，田纳西州，美国 | #3101 | 在当地五金店购买（2） |
| 白色PVC装饰板，标称尺寸1 x 2（0.75" x 1/5" × 96") | Royal Building Products，美国田纳西州布里斯托 | #7832-8 | 在当地五金店购买（1） |
参考文献
- Seo, H., Lee, D. Neural basis of learning and preference during social decision-making. Curr Opin Neurobiol. 22 (6), 990-995 (2012).
- Bray, J., et al. Social bonds predict dominance trajectories in adult male chimpanzees. Anim Behav. 179
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