Name: 以斑马鱼为模型系统的三室选择行为任务 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-04-14T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 55 s
Description: 学习三室选择行为任务方法，用于评估斑马鱼视觉辨别学习与长期记忆保持能力，并研究高血糖对认知功能的影响。该实验装置适用于神经科学和行为心理学研究。

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感谢Sabrina Jones协助将啮齿类动物三室选择范式适配于斑马鱼模型，感谢Jeremy Popowitz和Allison Murk在行为数据采集日提供的帮助，包括试验运行、动物护理和鱼缸装置的搭建。特别感谢James M. Forbes（机械工程师）在三室选择实验鱼缸的设计与建造过程中提供的协助。
资金来源：VPC 和 TLD 获得了美国大学文理学院联合教员研究支持基金（FRSG）。CJR 获得了美国大学文理学院研究生支持基金的支持。

所有实验程序均经美国大学机构动物护理和使用委员会（IACUC）批准（方案编号 # 1606，19-02）。
1. 动物
<ol>
	<li>动物饲养与维护
	<ol>
		<li>获取野生型斑马鱼（Danio rerio）胚胎，并在实验室内自行培育至成年，年龄为4–11个月。</li>
		<li>将鱼类饲养于水生系统中，温度维持在28–29 °C，光照周期为14小时光照：10小时黑暗。</li>
		<li>每日投喂两次商业薄片饲料，并补充活体卤虫（Artemia）。</li>
		<li>从这些饲养缸中随机选取鱼类用于行为学实验。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>实验结束后，将动物浸入0.02%三卡因溶液中麻醉2分钟，或直至其出现运动协调能力丧失及呼吸频率降低，以便后续进行分子和/或神经化学分析。</li>
</ol>
2. 三室选择测试装置
注意：该行为学技术经 Ruhl 等人20 修改而来。
<ol>
	<li>实验箱构建
	<ol>
		<li>改造行为实验箱26——一个40 L的水族箱（50 × 30 × 30 cm3），使其包含一个中央或起始室（10 × 30 × 30 cm3），并与两个侧边选择室（每个20 × 30 × 30 cm3，图1A）相分隔。</li>
		<li>使用铝制“U型”槽，通过水族密封胶将其固定在玻璃内壁上，将水族箱分隔为三个区域，构成三个独立隔室。</li>
		<li>用灰色PVC板制作不透明隔板，高度为10 cm，并将其嵌入两侧的铝制槽中。每个隔板由两部分组成，尺寸相同：底部为固定部分，永久安装在箱体内；顶部为可移动部分，可在铝制轨道中上下滑动。</li>
		<li>在灰色PVC板顶部粘贴超大号文件夹夹子，作为把手使用。</li>
		<li>使用永久性记号笔，在箱体外侧紧贴已粘附的灰色PVC板上方10 cm处画一条细小的水平线。 
		注：该标记为可移动的顶部灰色PVC板开启时应达到的位置，以便允许进入任一侧区域。</li>
		<li>向水族箱中加入对照（系统）水，水位至箱底起25 cm处，约30 L。在测试前24小时，将玻璃水族加热棒分别放入各隔室，使水温升至28.5 °C。 
		注：行为实验开始时应移除加热棒，使用两天后需进行彻底的换水。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>辨别实验设置
	<ol>
		<li>在每次辨别任务中，使用魔术贴将彩色毛毡片（米色、黑色或白色）分别贴在选择室的外侧背面、侧面和底部（图1B–D）。 
		注：中央室不应附加任何背景颜色。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>作为奖励，在每个选择室的远端角落放置一个小型透明水箱，内含4条成年斑马鱼（不参与本研究的个体），组成同种鱼群（群聚）（图1B–D）。 
	注：每天应从种群水箱中随机选取群聚用鱼，每组群聚鱼中至少包含一条与实验鱼同龄、同体型的雄鱼和一条雌鱼。</li>
</ol>
3. 行为学任务
<ol>
	<li>适应性训练 
	注意：行为箱的适应性训练包括三天的训练；前两天为群体适应性训练，随后一天为个体训练。</li>
	<li>群体适应性训练
	<ol>
		<li>将米色（中性）绒布背景固定在两个选择舱室外侧，并在每个选择舱室中浸入一个活体鱼群水箱（图1B）。</li>
		<li>将五至六条斑马鱼放入中央起始舱室，两个滑动门均打开，让鱼自由游动30分钟。 
		注意：在适应性训练期间，实验用斑马鱼穿过任一选择舱室后，可通过水箱与这些鱼群互动并进行社交，作为奖励。当鱼的整个身体进入舱室时，即视为已进入其中一个侧室。</li>
		<li>使用同一条实验斑马鱼重复此程序，进行第二天训练（共两天群体适应性训练）。 
		注意：不要持续使用相同的鱼群组合。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>个体适应性训练
	<ol>
		<li>舱室设置：与群体适应性训练相同，将米色（中性）绒布背景固定在两个选择舱室外侧，并在两个选择舱室中均浸入活体鱼群水箱（图1B,E）。
		<ol>
			<li>将一条斑马鱼放入中央起始舱室，关闭滑动门，静置2分钟；2分钟后同时打开两扇门。</li>
			<li>确保每条鱼从中央舱室通过任一扇门进出共计10次，无论选择哪一侧。每次鱼进入任一侧室时均给予奖励（个体适应性训练持续一天）。 
			注意：若某条鱼在30分钟内未能完成10次任务，或完全拒绝离开起始舱室，则将其排除在研究之外。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>数据采集：记录鱼进入任一侧舱室的次数，以及完成任务所需的总时间。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>学习获取阶段 
	注意：适应性训练结束后，斑马鱼进入为期三天的学习获取阶段。
	<ol>
		<li>舱室设置：将一块白色绒布固定在一个选择舱室外侧，另一块黑色绒布固定在另一个选择舱室外侧（图1C,F）。 
		注意：每天使用伪随机方案交替两侧的背景颜色37。
		<ol>
			<li>在本训练阶段期间，仅在一个选择舱室中放置鱼群作为奖励；该侧即为奖励侧。</li>
			<li>开始学习获取阶段时，将一条实验鱼放入起始舱室，关闭选择舱室通道，静置2分钟。</li>
			<li>2分钟适应期结束后，同时打开两扇门，使鱼可进入两个选择舱室，并启动秒表以测定选择潜伏期。</li>
			<li>采用有偏设计，随机为每条鱼分配对黑色或白色的选择偏好（即W+/B-或B+/W-），意味着鱼群被放置在黑色（B+）或白色（W+）选择舱室中。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>记录选择反应
		<ol>
			<li>当鱼进入其中一个侧舱室完成选择时，停止计时。</li>
			<li>若鱼正确选择了偏好侧，则立即关闭中央舱室与该侧之间的门，限制鱼在偏好侧停留1分钟，使其可通过与鱼群水箱互动获得奖励（图1C,F）。将该次试验记为“C”（“正确”，获得奖励）。</li>
			<li>若鱼游入错误的一侧，则将其转移回中央舱室，关闭两扇门，并将该次试验记为“I”（“错误”，未获奖励）。</li>
			<li>若鱼在门打开后2分钟内未做出选择，则将其移至正确一侧并停留1分钟，并将该次试验记为“M”（“标记”，强制奖励）。</li>
			<li>在转移或移动鱼回起始舱室时，使用鱼网作为引导工具，轻柔地将鱼引导回中央舱室。 
			注意：切勿将鱼捞出水面再放回起始舱室，以免影响行为检测结果。</li>
			<li>当鱼返回中央舱室后，等待1分钟再进行下一次试验。确保每条鱼完成8次试验。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>数据采集
		<ol>
			<li>对每条实验斑马鱼，按顺序记录首次决策时间（即选择潜伏期）以及8次学习获取试验中的每次个体得分（C、I或M）（见3.4.2节）。</li>
			<li>本实验结果以每天学习获取阶段各试验的组平均值形式报告。</li>
			<li>每条鱼完成一次试验后，将其归类为“高表现”鱼或“低表现”鱼。 
			注意：若某条鱼在当天8次试验中至少有6次成功选择正确侧，则视为“高表现”鱼；未达到此标准的鱼为“低表现”鱼。</li>
			<li>确定分类后，将高表现和低表现的鱼分别饲养。</li>
			<li>在连续三天的学习获取阶段中，每次鱼完成全部试验后，均需将其归类为“高”或“低”表现者。 
			注意：在第三天学习获取阶段结束时，鱼的表现类别将固定为“高”或“低”，并在整个研究期间保持不变。 
			注意：部分最初属于“低表现”组的鱼可能在学习获取第2天或第3天学会任务。若发生此情况，可将该鱼从“低表现”组转入“高表现”组。但在第3天（学习获取阶段结束）之后，不得再以任何方式调整分组。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. 实验处理
<ol>
	<li>在获取阶段结束后，当鱼类表现出能够完成黑白背景之间的简单辨别任务时，开始对实验斑马鱼进行处理方案。 
	注：为了展示该方法的适用性，本研究展示了两种实验设计：
	<ol>
		<li>纵向研究
		<ol>
			<li>将实验斑马鱼放回饲养缸中饲养8周。在此期间，将鱼类维持在标准养殖缸中，每日更换水，并每天喂食两次。 
			注：在饲养缸中饲养的这8周内，不进行任何行为训练。</li>
			<li>在此期间结束后进行反转评估，以检测斑马鱼在8周无训练后是否仍能完成反转任务。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>高血糖模型：将实验组暴露于水中（操作应激对照）、甘露醇（1%–3%，渗透压对照）或葡萄糖（1%–3%）环境中，持续4周或8周22,23。 
		注：在这4周或8周内，不进行任何行为训练。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. 逆转
注意：在实验处理后（如第4.2节所述），鱼类将接受三室选择范式最后阶段的测试——反转阶段。在此阶段，奖励侧与习得阶段相反，即此前在白色侧获得鱼群奖励的鱼类，现在将在黑色侧获得鱼群奖励，反之亦然。通过这种方式，反转测试可评估鱼类是否学会了奖励（鱼群）所在的位置，而不论背景颜色如何。
<ol>
	<li>实验装置设置
	<ol>
		<li>将黑色绒布贴在一个选择室的外侧，将白色绒布贴在另一个选择室的外侧，确保黑色和白色面与习得实验阶段（第3.4节）中的位置一致。</li>
		<li>将鱼群缸浸入先前获得奖励的选择室对侧后方角落处（图1D,G）。 
		注：即先前在白色侧获得奖励的鱼，现在在黑色侧获得奖励，反之亦然。</li>
		<li>按照第3.5节的方法对每条鱼进行单独测试。开始时将一条实验鱼放入起始室中，静置2分钟，并关闭通往选择区的通道。</li>
		<li>同时打开装置两侧的门。 
		注：连续三个处理日，每天完成共8次试验。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>记录选择反应
	<ol>
		<li>如果鱼正确选择了偏好的颜色，则立即关闭中央室的门，持续1分钟，允许鱼与作为奖励的鱼群进行互动。将此次试验记为“C”（“正确”，获得奖励）。</li>
		<li>如果鱼游过了错误的门，则将其重新转移回中央室，关闭两侧门，并将此次试验记为“I”（“错误”，未获奖励）。</li>
		<li>如果在开门后2分钟内鱼未做出选择，则将其移至正确的一侧，并将此次试验记为“M”（“标记”，强制奖励）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>数据采集
	<ol>
		<li>对每条实验斑马鱼，按顺序记录每次试验的选择潜伏期及个体得分（C、I、M）。</li>
		<li>以3个逆转日中每一天的每两个试验为一组，报告实验结果的组平均值。</li>
		<li>分别保留高表现和低表现鱼类的数据，以确定它们在逆转阶段的表现水平是否与习得阶段相同。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Gitler, A. D., Dhillon, P., Shorter, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurodegenerative+disease%3A+models%2C+mechanisms%2C+and+a+new+hope%5BTitle%5D)+AND+%22Disease+Models+%26+Mechanisms%22%5BJournal%5D)">Neurodegenerative disease: models, mechanisms, and a new hope.</a> Disease Models & Mechanisms. 10, 499-502 (2017).</li>
<li>Perry, R. J., Watson, P., Hodges, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+nature+and+staging+of+attention+dysfunction+in+early+%28minimal+and+mild%29+Alzheimer%27s+disease%3A+relationship+to+episodic+and+semantic+memory+impairment%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychologia%22%5BJournal%5D)">The nature and staging of attention dysfunction in early (minimal and mild) Alzheimer's disease: relationship to episodic and semantic memory impairment.</a> Neuropsychologia. 38, 252-271 (2000).</li>
<li>Gerlai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Learning+and+memory+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+Cell+Biology%22%5BJournal%5D)">Learning and memory in zebrafish (Danio rerio).</a> Methods in Cell Biology. 134, Elsevier Ltd. (2016).</li>
<li>Davidson, T. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+a+high-energy+diet+on+hippocampal-dependent+discrimination+performance+and+blood-brain+barrier+integrity+differ+for+diet-induced+obese+and+diet-resistant+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Physiology+and+Behavior%22%5BJournal%5D)">The effects of a high-energy diet on hippocampal-dependent discrimination performance and blood-brain barrier integrity differ for diet-induced obese and diet-resistant rats.</a> Physiology and Behavior. 107, 26-33 (2012).</li>
<li>Yang, M., Silverman, J. L., Crawley, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+three-chambered+social+approach+task+for+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Protocols+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Automated three-chambered social approach task for mice.</a> Current Protocols in Neuroscience. 56 (1), (2011).</li>
<li>Remmelink, E., Smit, A. B., Verhage, M., Loos, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+discrimination-+and+reversal+learning+in+mouse+models+within+4+days+and+without+prior+food+deprivation%5BTitle%5D)+AND+%22Learning+and+Memory%22%5BJournal%5D)">Measuring discrimination- and reversal learning in mouse models within 4 days and without prior food deprivation.</a> Learning and Memory. 23, 660-667 (2016).</li>
<li>Salas, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuropsychology+of+learning+and+memory+in+teleost+fish%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">Neuropsychology of learning and memory in teleost fish.</a> Zebrafish. 3, 157-171 (2006).</li>
<li>Kalueff, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+a+comprehensive+catalog+of+zebrafish+behavior+1.0+and+beyond%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">Towards a comprehensive catalog of zebrafish behavior 1.0 and beyond.</a> Zebrafish. 10, 70-86 (2013).</li>
<li>Luchiaria, A. C., Salajanb, D. C., Gerlai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acute+and+chronic+alcohol+administration%3A+Effects+on+performance+of+zebrafish+in+a+latent+learning+task%5BTitle%5D)+AND+%22Behavior+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Acute and chronic alcohol administration: Effects on performance of zebrafish in a latent learning task.</a> Behavior Brain Research. 282, 76-83 (2015).</li>
<li>Fadool, J., Dowling, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zebrafish%3A+A+model+system+for+the+study+of+eye+genetics%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Retinal+and+Eye+Research%22%5BJournal%5D)">Zebrafish: A model system for the study of eye genetics.</a> Progress in Retinal and Eye Research. 27, 89-110 (2008).</li>
<li>Fernandes, Y. M., Rampersad, M., Luchiari, A. C., Gerlai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Associative+learning+in+the+multichamber+tank%3A+A+new+learning+paradigm+for+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Associative learning in the multichamber tank: A new learning paradigm for zebrafish.</a> Behavioural Brain Research. 312, 279-284 (2016).</li>
<li>Reider, M., Connaughton, V. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Developmental+exposure+to+methimazole+increases+anxiety+behavior+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioral+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Developmental exposure to methimazole increases anxiety behavior in zebrafish.</a> Behavioral Neuroscience. , (2015).</li>
<li>Capiotti, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperglycemia+induces+memory+impairment+linked+to+increased+acetylcholinesterase+activity+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Hyperglycemia induces memory impairment linked to increased acetylcholinesterase activity in zebrafish (Danio rerio).</a> Behavioural Brain Research. 274, 319-325 (2014).</li>
<li>May, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Object+recognition+memory+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Object recognition memory in zebrafish.</a> Behavioural Brain Research. 296, 199-210 (2016).</li>
<li>Mathur, P., Lau, B., Guo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conditioned+place+preference+behavior+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Conditioned place preference behavior in zebrafish.</a> Nature Protocols. 6, 338-345 (2011).</li>
<li>Guo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Linking+genes+to+brain%2C+behavior+and+neurological+diseases%3A+What+can+we+learn+from+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Genes%2C+Brain+and+Behavior%22%5BJournal%5D)">Linking genes to brain, behavior and neurological diseases: What can we learn from zebrafish.</a> Genes, Brain and Behavior. 3, 63-74 (2004).</li>
<li>Kily, L. J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gene+expression+changes+in+a+zebrafish+model+of+drug+dependency+suggest+conservation+of+neuro-adaptation+pathways%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">Gene expression changes in a zebrafish model of drug dependency suggest conservation of neuro-adaptation pathways.</a> Journal of Experimental Biology. 211, 1623-1634 (2008).</li>
<li>Webb, K. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zebrafish+reward+mutants+reveal+novel+transcripts+mediating+the+behavioral+effects+of+amphetamine%5BTitle%5D)+AND+%22Genome+Biology%22%5BJournal%5D)">Zebrafish reward mutants reveal novel transcripts mediating the behavioral effects of amphetamine.</a> Genome Biology. 10, (2009).</li>
<li>Clayman, C. L., Malloy, E. J., Kearns, D. N., Connaughton, V. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+behavioral+effects+of+ethanol+pre-exposure+in+male+and+female+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Differential behavioral effects of ethanol pre-exposure in male and female zebrafish (Danio rerio).</a> Behavioural Brain Research. 335, 174-184 (2017).</li>
<li>Ruhl, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acute+administration+of+THC+impairs+spatial+but+not+associative+memory+function+in+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Psychopharmacology%22%5BJournal%5D)">Acute administration of THC impairs spatial but not associative memory function in zebrafish.</a> Psychopharmacology. 231, 3829-3842 (2014).</li>
<li>Gellermann, L. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chance+orders+of+alternating+stimuli+in+visual+discrimination+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22The+Pedagogical+Seminary+and+Journal+of+Genetic+Psychology%22%5BJournal%5D)">Chance orders of alternating stimuli in visual discrimination experiments.</a> The Pedagogical Seminary and Journal of Genetic Psychology. 42, 206-208 (1933).</li>
<li>Gleeson, M., Connaughton, V., Arneson, L. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Induction+of+hyperglycaemia+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29+leads+to+morphological+changes+in+the+retina%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Diabetologica%22%5BJournal%5D)">Induction of hyperglycaemia in zebrafish (Danio rerio) leads to morphological changes in the retina.</a> Acta Diabetologica. 44, 157-163 (2007).</li>
<li>Connaughton, V. P., Baker, C., Fonde, L., Gerardi, E., Slack, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alternate+immersion+in+an+external+glucose+solution+differentially+affects+blood+sugar+values+in+older+versus+younger+zebrafish+adults%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">Alternate immersion in an external glucose solution differentially affects blood sugar values in older versus younger zebrafish adults.</a> Zebrafish. 13, 87-94 (2016).</li>
<li>Goldsmith, J. R., Jobin, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Think+small%3A+Zebrafish+as+a+model+system+of+human+pathology%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedicine+and+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Think small: Zebrafish as a model system of human pathology.</a> Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2012, 817341(2012).</li>
<li>Kalueff, A. V., Stewart, A. M., Gerlai, R., Court, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zebrafish+as+an+emerging+model+for+studying+complex+brain+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Pharmacological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Zebrafish as an emerging model for studying complex brain disorders.</a> Trends in Pharmacological Sciences. 35, 63-75 (2014).</li>
<li>Gerlai, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Associative+learning+in+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+in+cell+biology%22%5BJournal%5D)">Associative learning in zebrafish (Danio rerio).</a> Methods in cell biology. 101, 249-270 (2011).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

尽管在过去15年中，利用斑马鱼开展的神经科学研究在数量和种类上均取得了巨大进展24，但与哺乳动物模型系统相比，针对该物种的行为检测方法仍显不足11,25,26。本文表明，一种最初为啮齿类动物设计的三室选择任务可被改进用于评估斑马鱼视觉辨别学习的习得及其反转能力。通过使用活体鱼群作为奖励，该任务提供了一种稳健的行为检测方法，可广泛应用于研究与行为相关疾病的各种研究中，例如糖尿病的高血糖并发症、阿尔茨海默病和痴呆症。
先前的研究已证实，斑马鱼具备学习和存储信息的能力，这种能力对于在自然环境中做出生态相关决策以及在野外生存至关重要3。我们在为期8周的纵向研究中获得的习得与反转学习数据支持了以往的证据，表明斑马鱼尽管体型较小，仍能够学习并记住简单的辨别任务，并且能够抑制先前已习得的反应。在为期8周的纵向研究中，...

神经退行性疾病具有年龄依赖性，致残且无法治愈。这些疾病的发病率日益上升，迫切需要改进并开发新的治疗策略。每种疾病的发病机制和临床表现各不相同：某些疾病影响语言、运动和自主神经功能相关的脑区，而另一些则导致学习障碍和记忆丧失1。尤为显著的是，认知功能障碍和（或）认知损害是所有神经退行性疾病中最常见的并发症2。为了揭示这些神经退行性疾病的潜在机制，研究人员已采用多种不同的模型系统（包括单细胞生物、果蝇（Drosophila）以及啮齿类动物和人类等高等脊椎动物）进行研究；然而，大多数神经退行性疾病至今仍无法治愈。
学习与记忆是生物体中高度保守的过程，因为环境的持续变化需要生物体不断适应3。在多种啮齿类动物模型中，已证实认知功能和突触可塑性均存在损伤。具体而言，成熟的动物行为学实验利用关联学习来评估在多种诱发损伤性疾病或障碍后认知功能的变化4。此外，对比辨别反转任务可用于评估认知缺陷，因其涉及更高级的学习与记忆功能，且该反转过程依赖于对先前已建立关联的抑制。广泛应用的三室选择任务可揭示中枢神经系统中学习与记忆通路的潜在缺陷5,6。近年来，该研究领域已扩展至非哺乳动物模型，例如斑马鱼（Danio rerio），因为已开发出适用于从幼体到成体多个年龄段的行为范式7,8。
斑马鱼在复杂性与简洁性之间达到了一种平衡，这使其在利用行为学技术评估认知功能障碍方面具有优势。首先，由于斑马鱼体型小且繁殖能力强，适合进行高通量的行为学筛选。其次，斑马鱼具有一种称为外侧脑室膜（lateral pallium）的结构，该结构类似于哺乳动物的海马体，具有相似的神经元标记物和细胞类型7。斑马鱼还能够获取并记忆空间信息9，并且与人类一样，具有昼行性10。因此，斑马鱼被越来越频繁地用作神经退行性疾病的模型并不令人意外。然而，由于缺乏适当的行为学检测方法，将斑马鱼模型应用于认知评估仍存在困难。已有发表的研究采用了针对斑马鱼的行为学检测方法，包括联合学习任务11、焦虑行为12、记忆13、物体识别14以及条件位置偏好15,16,17,18,19。尽管在斑马鱼行为学检测方面已取得诸多进展，但某些在啮齿类动物中用于认知功能测试的方法尚未在斑马鱼中建立对应版本18。
在本实验室先前研究的基础上，我们借鉴啮齿类动物中使用的三室选择任务，建立了一种以社会互动作为奖励的斑马鱼认知任务。此外，我们进一步拓展了该行为任务中的联想学习部分，引入了对比度辨别反转实验，旨在进一步完善该行为范式，以评估认知功能障碍。该方法使我们能够同时考察辨别学习的初始习得过程，以及反转阶段中对该学习行为的后续抑制能力。在本研究中，我们证明了该实验程序为评估斑马鱼经4周或8周葡萄糖浸泡后的认知功能提供了一种可靠的方法。

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利用斑马鱼作为模式系统进行的三室选择行为实验

The Three-Chamber Choice Behavioral Task using Zebrafish as a Model System

神经退行性疾病具有年龄依赖性，致残且无法治愈。近期研究还发现高血糖与记忆改变和（或）认知功能障碍相关。我们改进并开发了一种三室选择性认知任务，类似于在啮齿类动物中使用的方法，适用于高血糖斑马鱼。测试装置由一个位于中央的起始室和两侧两个选择区组成，以同种鱼群作为奖励刺激。我们提供的数据显示，斑马鱼一旦学会该任务，至少在8周后仍能记住。我们的结果表明，斑马鱼对该奖励刺激表现出显著反应，并且在持续4周的高血糖处理后，我们观察到斑马鱼出现认知功能缺陷。该行为学检测方法也可适用于其他与认知和记忆相关的研究。

适应行为实验箱需要为期三天的训练：前两天为群体适应，随后一天为个体适应。然而，由于我们无法区分不同的斑马鱼个体，因此仅能在个体适应阶段收集到数据。在此阶段，使用群体奖励方式进行训练的实验动物（n = 30）到达首次决策的平均时间为 125.11 秒（图 2A），完成整个个体适应任务的平均时间为 725.34 秒（12 分钟）（图 2B）。在适应过程中未观察到显著的侧向偏好（图 2C）。与本实验室此前评估的其他奖励类型（如食物）相比，被排除的鱼类数量极少（图 2C）。
经过适应期后，斑马鱼进入习得阶段。由于每条鱼均单独测试，我们在连续三天的习得阶段中分别记录了每条鱼的数据。根据其表现，将斑马鱼分为“高表现者”或“低表现者”两类，其中“高表现者”反应更快且更准确，尽管所有鱼此前对测试环境的暴露经历相同。只有在8次试验中至少6次选择奖励性目标区域的鱼才...

我们介绍了一种用于评估认知功能的行为实验装置。我们提供的数据显示，斑马鱼在完成任务后8周仍能记住该任务。我们还发现，高血糖斑马鱼的认知表现发生改变，表明该实验范式适用于认知与记忆相关研究。

神经退行性疾病具有年龄依赖性，致残且无法治愈。近期研究报告还将高血糖与记忆和/或认知功能改变相关联。

我们展示了一种为啮齿类动物开发的三室选择任务可被改进用于评估斑马鱼视觉辨别学习的习得与反转过程。我们的行为实验装置旨在评估认知功能。斑马鱼一旦学会该任务，可在八周后仍保持记忆，因此该方法适用于斑马鱼突变体研究及药物暴露后的相关实验。演示该实验操作的是来自康诺顿实验室的前博士生卡西·罗博士（Dr. Cassie Rowe）。准备一个三室选择测试装置时，先将一个铝制U形槽固定在40升（50厘米×30厘米×30厘米）水族箱的内侧玻璃壁上，将水族箱分隔成三个室，其中中央室的尺寸为10厘米×30厘米×30厘米。然后将由灰色PVC板制成的高10厘米的不透明隔板安装到铝制U形槽的两侧。对于每项辨别任务，使用钩环胶带将米色、黑色或白色毛毡片分别固定在选择箱的外侧背面、侧面和底部。作为奖励，在每个选择箱后部角落的小型透明水箱中放置四条成年斑马鱼（这些斑马鱼不参与本研究），以形成同种群体。在连续三天的群体适应期间，将米色背景固定在两个选择舱室外侧，并在每个舱室中浸入一个活体鱼群水箱，然后将五至六条斑马鱼放入中央起始舱室，同时打开两侧滑动门，让鱼自由游动30分钟。在适应过程中，实验斑马鱼进入任一侧边选择室后，应能够通过水族箱与鱼群互动和社交，以此作为奖励。当一条鱼的整个身体进入某一侧室时，即视为其已进入该侧室。对于个体适应，在以相同方式设置好实验装置后，将一条斑马鱼放入中央起始室中，并关闭滑动门。两分钟后，同时打开两扇门，确保第一条鱼在30分钟内从中央腔室通过任意一扇门总共游动10次。每次鱼进入其中一个侧腔室时，给予奖励。完成适应后，在其中一个选择腔室的外侧放置一块白色毛毡，在另一个选择腔室的外侧放置一块黑色毛毡，并仅在其中一个选择腔室内放置鱼群奖励。这将成为奖励侧。开始获取阶段时，将一条实验鱼放入起始室，此时选择室的通道应处于关闭状态。经过两分钟的适应后，同时打开两扇门并启动秒表，以评估选择潜伏期。当鱼通过进入其中一个侧室来表示选择反应时，停止计时器。如果鱼正确选择了偏好侧，立即关闭中央室与该侧之间的门，将鱼限制在偏好侧一分钟，使其能够通过与鱼群缸互动获得奖励。将该次试验记为 C（正确）。如果鱼游过了错误的门，使用网轻轻地将鱼转移回中央腔室，关闭两扇门，并将该次试验记为 I（错误）。如果鱼在门打开后两分钟内未做出选择，则将鱼移至正确的一侧一分钟，并将该次试验记为 M（标记）。一旦鱼被送回中央腔室，需等待一分钟后再进行下一次试验。每条鱼完成八次习得试验后，将八次中至少有六次成功选择水箱正确一侧的鱼归类为高性能鱼，未达到此标准的鱼归类为低性能鱼。确定分类后，将高性能鱼与低性能鱼分别饲养。当鱼表现出能够完成简单辨别任务的能力时，将黑白毛毡固定在选择室的与习得任务相同的一侧，并将鱼群水箱浸入先前获得奖励的选择室对侧后方远角处。按照演示方法对每条鱼进行单独测试。由于奖励侧与习得任务中的位置相反，该反转任务用于评估鱼类是否能够学会无论背景颜色如何，均能找到奖励所在的位置。当连续三个处理日各自完成总共八次试验后，以每两个试验为一组，分别报告三个反转日的实验结果，并将高表现和低表现鱼类的数据分开统计，以确定这两组在反转阶段的表现水平是否与习得阶段一致。经过三天的训练，使用鱼群作为奖励进行条件训练的实验动物，平均需要125秒到达首次决策，平均需要725秒完成整个个体适应任务。在适应阶段未观察到显著的侧向偏好，与之前测试的其他奖励类型相比，被排除的鱼类数量极少。在习得阶段，每日高表现动物的数量逐渐增加，第三天的高表现鱼类数量较第一天更多。所有鱼类在三次习得阶段中的初始选择潜伏期均逐渐缩短，表明随着习得天数的增加，其表现逐步提升。即使仅分析高表现力鱼类组，也观察到相同趋势。如本项辨别比率分析所示，所有鱼类在习得阶段结束时的表现均优于随机水平，表明鱼类已学会该辨别任务。在完成辨别学习后，鱼类在为期三天的学习过程中表现出显著的逆转行为以及增强的辨别能力。三室选择范式还可用于疾病并发症的检测。例如，在本项分析中，评估了高血糖斑马鱼的适应和学习获取能力。该任务提供了一种可靠的检测方法，可应用于多种与行为相关疾病的研究，例如糖尿病的高血糖并发症、阿尔茨海默病和痴呆症。

the-three-chamber-choice-behavioral-task-using-zebrafish-as-model

Research

科研

JoVE Journal

Behavior

行为

以斑马鱼为模型系统的三室选择行为任务

本视频介绍了斑马鱼幼鱼的回避行为和接触趋向性实验。视频考察了斑马鱼幼鱼对视觉厌恶刺激的行为反应。...

斑马鱼回避与趋触性检测：一种高通量检测幼鱼对厌恶性视觉刺激行为反应的方法

本实验室开发了一种新型高通量自动成像系统，可用于检测7日龄斑马鱼幼鱼的多种不同行为。该系统适用于在幼鱼暴露于环境毒物或药物后，检测其行为发生的细微变化。...

斑马鱼幼体的自动化高通量行为分析

介绍了一种可追踪单条及群体斑马鱼的三维自动视频系统。作为应用示例，我们探讨了NMDA受体拮抗剂MK-801对斑马鱼群行为的影响。...

使用自动化三维追踪系统记录成年斑马鱼个体及鱼群行为

介绍了一种减少鱼类药物暴露过程中变异性的新方法。在明暗穿梭避暗实验中，暴露于不同乙醇暴露模式的鱼类在戒断期间表现出焦虑水平的改变。...

一种向多条斑马鱼（Danio rerio）给药的新方法及其戒断反应的量化

本文描述了斑马鱼在胆量、攻击性和群集行为方面的实验设置、实施与分析方法，并检测是否存在行为综合征。采用标准化的行为量化方法将有助于不同研究之间的比较。本实验方案可根据需要进行修改，每种行为检测均可独立进行。...

斑马鱼行为综合征的勇敢性、攻击性和群集行为检测

本文描述了一种通过行为学方法简单测量成年斑马鱼应激反应的技术。该方法利用了斑马鱼在应激状态下倾向于停留在水箱下半部分的先天行为特征。我们还介绍了将该检测方法与药理学实验相结合的技术。...

研究斑马鱼先天应激的动物行为学方法

本文介绍了一种在成年斑马鱼前脑背侧进行双光子钙成像的实验方案。...

行为成年斑马鱼前脑活动的双光子钙成像

本实验方案的目的是阐述建立和使用成年斑马鱼社会偏好检测方法的必要步骤，并证明该方法可用于表征乙醇诱导的社会行为缺陷。...

在斑马鱼中建立胎儿酒精谱系障碍模型以表征不良胚胎环境对成年社会行为的影响

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。...

使用三室开放式自由游动实验检测斑马鱼（Danio rerio）社会偏好行为的低成本替代方法

我们展示了如何在广泛使用的橡胶手错觉范式中采用一种客观测量方法。该测量方法通过对已确立的跨模态一致性任务进行改进而获得。该任务可用于研究多感官整合过程，而这些过程对于身体表征的调制（如橡胶手错觉中的现象）至关重要。...

利用跨模态一致性任务作为橡胶手错觉范式中获取客观行为测量的手段

学习三室选择行为任务方法，用于评估斑马鱼视觉辨别学习与长期记忆保持能力，并研究高血糖对认知功能的影响。该实验装置适用于神经科学和行为心理学研究。

利用斑马鱼作为模式系统进行的三室选择行为实验

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