一种测量大鼠传染性打哈欠行为的实验室方法

摘要

本文所述方法旨在获得熟悉或不熟悉雄性大鼠配对中的传染性呵欠曲线。通过使用带有孔洞的笼子，并以透明或不透明隔板（有孔或无孔）分隔，来检测视觉、嗅觉或这两种感觉线索是否能够诱发呵欠的传染。

摘要

交流是动物社会生活中不可或缺的方面。动物之间会相互影响，并聚集成群、 flock 或群体。交流也是两性在求偶期间互动以及竞争个体在不发生打斗的情况下解决争端的方式。然而，对于某些行为模式而言，要检验其是否具有交流功能十分困难，因为这些行为可能涉及多种感觉方式。例如，传染性打哈欠是一种哺乳动物中的交流行为，可能通过视觉、听觉、嗅觉，或这些感官的组合来实现，具体取决于动物之间是否相互熟悉。因此，为了检验此类行为可能具有的交流作用的假设，有必要采用适当的方法来确定所涉及的感觉模态。

本文提出的方法旨在获取熟悉与不熟悉大鼠之间的哈欠传染曲线，并评估视觉和嗅觉感觉模式的相对参与程度。该方法使用低成本材料，稍作调整后也可用于其他啮齿类动物，如小鼠。总体而言，该方法通过将透明隔板（带孔或不带孔）替换为不透明隔板（带孔或不带孔），从而允许或阻止相邻笼具中大鼠之间的交流，相邻笼具的连接侧壁上均设有孔洞。据此可测试四种条件：仅嗅觉交流、仅视觉交流、同时具备视觉与嗅觉交流，以及既无视觉也无嗅觉交流。由于大鼠之间存在社会互动，这些测试条件可模拟自然环境中可能发生的情况。在此方面，本文提出的方法优于依赖视频呈现的传统方法，后者在生物学有效性方面可能存在争议。然而，该方法无法区分听觉、嗅觉和视觉在哈欠传染中可能发挥的不同作用。

引言

传统上，交流行为的研究主要从两个角度展开。一方面，动物行为学家在自然环境中观察并记录动物的行为，试图认识其适应性价值¹。这些研究的主要关注点通常并非所涉及的特定感觉或多种感觉。另一方面，生理学家更关注揭示动物交流的机制¹；因此，实验室研究提供了探讨感觉模态在交流中所起作用的方法^2,3。这两种研究视角实际上是互补的，因为只有同时了解行为的适应性价值和即时机制，才能全面理解动物社会生活中的交流行为。

打哈欠行为是多种脊椎动物行为模式中一个显著的组成部分⁴，从鱼类到灵长类动物均有表现⁵。该行为可描述为缓慢张大嘴巴并保持张开状态，随后较快地闭合嘴巴⁵。整个过程的持续时间因物种而异；例如，灵长类动物打哈欠的持续时间通常长于非灵长类物种⁶。在许多物种中，雄性打哈欠的频率往往高于雌性，人类除外⁷。这一特征可能支持打哈欠具有潜在的交流功能，但打哈欠的规律性模式及其每日发生频率也可能提示其具有生理功能。在大鼠中，自发性打哈欠呈现昼夜节律，频率高峰出....

方案

实验方案和动物饲养均按照机构指南进行。

1. 材料

1. 在材料表中查找实施本方法所用材料的完整列表。参考图1并咨询专家建议，以构建倒T形桌、观察笼和笼子隔板。遵循使用锋利工具和潜在危险材料的安全操作规范。
2. 将两条类似轨道的木条（长45 cm，间距0.6 cm）粘合在一块木板（100 cm × 45 cm × 1.5 cm）的顶部中央，制成倒T形桌。然后将第二块木板（50 cm × 45 cm × 0.6 cm）垂直插入两条轨道状木条之间。确保这块垂直木板能防止一侧的大鼠看到另一侧的大鼠（图1）。
3. 使用玻璃和有机玻璃制作八个观察笼。确保每个笼子（宽19 cm，长19 cm，高10 cm，厚3 mm）在其一侧的中部有24个等距分布的孔（直径5 mm），排列成三行。该侧使用厚3 mm的有机玻璃制作，并将相对一侧的高度缩短0.7 cm，以便大鼠呼吸。
   1. 确保每个观察笼配备一个可滑动的有机玻璃盖，以防止大鼠在60分钟观察期间直立并分散注意力。
4. 用有机玻璃制作四个隔板（宽19 cm，高30 cm，厚3 mm）。在每块透明隔板和每块不透明隔板上钻出24个直径为5 mm的孔，孔的位置需与观察笼上的孔相匹配。

结果

实验所用大鼠选自先前建立的Sprague-Dawley大鼠亚系，该亚系经筛选具有频繁打哈欠的特征（平均每小时约22次³¹）。然而，在每种测试情境中使用的9对陌生雄性大鼠和9对熟悉雄性大鼠（年龄在2.5至3个月之间）平均每小时打哈欠约12次¹⁸。因此，用于测量哈欠传染性的测试情境在一定程度上抑制了哈欠行为。

在1至10分钟的不同时间窗口范围内测量了传染性哈欠现象。图2展示了在每个时间窗口和测试情境下，陌生雄性大鼠在传染条件与非传染条件之间哈欠频率的平均差异。这些传染性哈欠曲线表明，只有OC组大鼠（饲养于带有穿孔不透明隔板的笼子中）表现出哈欠传染现象，从第4个时间窗口开始尤为明显，因为其哈欠频率平均值的置信区间（CI）与在60分钟观察期内随机分配的哈欠次数所生成的置信区间无重叠。如预期所示，随机分配每只.......

讨论

该方法中有一些关键步骤需要注意，以获得成功的结果。熟悉的实验大鼠在断奶后必须在同一饲养笼中共同生活至少1.5个月，然后才能开始实验。然而，不熟悉的实验大鼠则必须分别饲养在不同的笼中。在两种情况下，配对的大鼠必须来自不同的窝，但年龄应尽可能相近。关于观察笼，其上的孔洞应与隔板上的孔洞对齐，因为这是确保大鼠之间嗅觉接触的唯一方式。另一方面，隔板应足够透明以确保视觉接触，或足够不透明以确保无任何视觉接触。每对大鼠之间的木质隔板必须足够高，以防止一侧的大鼠看到另一侧的大鼠。另一个关键方面是实验的合理设计。一旦怀疑某个过程可能存在偏差，就应采用随机化程序³⁰。

该方法对使用者不应造成严重问题。在玻璃上打孔是面临的主要技术难题，因此改用丙烯酸材料。尽管如此，若获得专业建议，仍可使用玻璃制作完整的观察笼。应确保将孔的边缘打磨光滑，以避免玻璃碎片划伤大鼠。但不建议对主要方法进行修改（例如，将孔扩大）。此外，使用雄性和雌性混合群体可能会增加检测哈欠传染的难度。

此处使用的隔板可能不足以阻止大鼠利用.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
亚克力隔板	手工制作	不可用	两个隔板（一个透明，一个不透明）各带有24个孔；另外两个隔板（一个透明，一个不透明）无孔。有关构造细节，请参见正文。
基于R语言的程序	Benemérita Universidad Autónoma de Puebla	不可用	该程序用于评估大鼠中哈欠的传染性。有关程序使用方法的信息，请参见正文。
数据记录表	用户可自行设计	不可用	观察者将使用这些表格通过观看视频记录来记录哈欠行为的发生频率。或者，也可以使用笔记本，但需遵循正文中提供的建议。
台式计算机	任意厂商	不可用	确保计算机配备能够高效处理哈欠行为视频记录的显卡。
数码摄像机	任意厂商	不可用	用于录制每对大鼠的哈欠行为视频；每次实验会话包含两对大鼠。
U盘	任意厂商	不可用	每次实验会话持续60分钟，因此需要足够的存储容量来保存视频记录。
玻璃笼	手工制作	不可用	每个笼子（19 × 19 × 10 cm 高）在其一侧中部设有24个孔（直径0.5 cm），排列成三行。有关其构造的更多细节，请参见正文。建议额外制作一个备用笼子，以防意外损坏。
记号笔	Sharpie 或其他任意品牌	不可用	用于永久性标记大鼠编号。参见正文了解一种在大鼠尾巴上使用标记符号的方法。
铅笔	任意厂商	不可用	观察者使用铅笔记录哈欠发生的频率。重要的是，观察者应事先接受过识别哈欠行为及操作视频播放系统的培训。
R 软件	R Development Core Team	不可用	可在以下网址下载 R：http://cran.r-project.org/
轨道状木条	手工制作	不可用	它们将固定在矩形木板中央，形成一条轨道，用于放置第二块木板。有关构造的附加说明，请参见正文。
矩形桌	任意厂商	不可用	该桌子（约2 × 1 m）用于放置倒T形桌，以便进行哈欠行为的观察。
Sprague-Dawley雄性大鼠	任一本地实验动物供应商	不可用	每组（熟悉与不熟悉大鼠）每种测试情境需要九对雄性大鼠，因为该样本量可确保个体间可能存在的哈欠频率差异不会严重影响对数据进行统计分析所得出的结论。
电子表格软件	Microsoft	不可用	Excel 将用于存储最初记录在数据表上的哈欠记录。请查阅正文，了解推荐的转录方法说明。
方形滤纸	任意厂商	不可用	用于覆盖笼子底部。
三脚架	任意厂商	不可用	用于将摄像机固定在每对观察笼前方。
木质倒T形桌	手工制作	不可用	请阅读正文中的说明以了解其制作方法。如需要，也可使用木材以外的其他材料。请确保所用材料尽可能抵抗超声波的传播，因为大鼠可能利用超声波进行交流。