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動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)方法早期研究主要是為學(xué)習(xí)記憶行為設(shè)計(jì)的，后來(lái)發(fā)展為情緒表達(dá)、運(yùn)動(dòng)行為、社交行為、疼痛及成癮性等行為實(shí)驗(yàn)方法。目前主要的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)包括學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗(yàn)、抑郁行為實(shí)驗(yàn)、焦慮行為實(shí)驗(yàn)、恐懼行為實(shí)驗(yàn)、自發(fā)活動(dòng)行為實(shí)驗(yàn)、節(jié)律行為實(shí)驗(yàn)、攻擊行為實(shí)驗(yàn)、防御行為實(shí)驗(yàn)、繁殖行為實(shí)驗(yàn)、社會(huì)行為實(shí)驗(yàn)等，社會(huì)行為實(shí)驗(yàn)指溝通行為實(shí)驗(yàn)、利已行為實(shí)驗(yàn)、等級(jí)行為實(shí)驗(yàn)等。研究多的主要是學(xué)習(xí)記憶、情緒和運(yùn)動(dòng)行為等。
1、學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗(yàn)方法
學(xué)習(xí)是神經(jīng)系統(tǒng)接受外界環(huán)境變化獲得新行為和經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程，記憶是指對(duì)學(xué)習(xí)獲得的經(jīng)驗(yàn)或行為的保持，包括獲得、鞏固、再現(xiàn)及再鞏固四個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)和記憶二者是互相聯(lián)系的神經(jīng)活動(dòng)過(guò)程，學(xué)習(xí)過(guò)程中必然包含記憶，而記憶總是需要以學(xué)習(xí)為先決條件。研究者設(shè)計(jì)了多種學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗(yàn)方法用于評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)記憶。
學(xué)習(xí) 記 憶 行 為 實(shí) 驗(yàn) 方 法 的 開(kāi) 掘 者 包 括Thorndike、Pavlov 和 B． F． Skinner 等。1937 年Skinner *建立了基于操作的學(xué)習(xí)記憶行為實(shí)驗(yàn)方法 － 斯金納箱。
1930 年，Tolman和Honzik 應(yīng)用個(gè)單元的 T 型迷宮，研究大鼠的潛伏學(xué)習(xí)( latent learning) 。后來(lái)，多單元迷宮演變?yōu)槟壳皯?yīng)用的 T 迷宮。1939 年，Dennis *定義了大鼠在 T 迷宮中的自發(fā)交替( spontaneous alternation) 行為，認(rèn)為大鼠能夠?qū)μ剿鬟^(guò)的臂產(chǎn)生內(nèi)起抑制 ( internalinhibition) ，而進(jìn)入沒(méi)有探索過(guò)的臂，從而增加發(fā)現(xiàn)食物的機(jī)會(huì)。
1979 年，Barnes 建立了巴恩斯迷宮( Barnes maze) ，動(dòng)物不需要限食，基于其天生的探索特性，應(yīng)用噪音、強(qiáng)光和暴露的開(kāi)放環(huán)境作為應(yīng)激手段，促使動(dòng)物尋找目標(biāo)洞。
1981 年，Morris建立了水迷宮方法，基于動(dòng)物厭惡水環(huán)境的特性，強(qiáng)迫實(shí)驗(yàn)動(dòng)物游泳，學(xué)習(xí)尋找隱藏在水中的平臺(tái)。水迷宮是學(xué)習(xí)記憶行為學(xué)評(píng)價(jià)的另一個(gè)標(biāo)志性事件，主要用于海馬依賴(lài)的空間參考記憶和工作記憶的研究。
1988 年，Ennaceur 等基于動(dòng)物天生對(duì)新奇物體的探索特性，建立了新物體識(shí)別 ( novel object recognition test) 評(píng)價(jià)方法，與其他評(píng)價(jià)方法比較，該方法不需要學(xué)習(xí)訓(xùn)練，無(wú)需禁食禁水，不用施加懲罰或獎(jiǎng)賞刺激，對(duì)動(dòng)物的應(yīng)激影響較小，與人類(lèi)的再認(rèn)記憶檢測(cè)相似類(lèi)的再認(rèn)記憶檢測(cè)相似。大小鼠的觸屏認(rèn)知系統(tǒng)也相繼問(wèn)世，用于認(rèn)知功能的評(píng)價(jià)，尤其在神經(jīng)精神疾病藥物篩選中發(fā)揮重要作用。
非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物具有與人類(lèi)相似的大腦結(jié)構(gòu)，具備高級(jí)腦功能，可以被訓(xùn)練完成特定類(lèi)型的測(cè)試任務(wù)，對(duì)評(píng)價(jià)認(rèn)知能力、情緒反應(yīng)等具有嚙齒類(lèi)動(dòng)物無(wú)法替代的作用。觸屏測(cè)試認(rèn)知系統(tǒng)是目前廣為接受的靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物認(rèn)知行為的評(píng)價(jià)方法。該方法源于人的神經(jīng)行為測(cè)試的計(jì)算機(jī)化形式。劍橋神經(jīng)心理測(cè)試自動(dòng)化組合 ［Neuro behavioral Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery CANTAB) ］是觸屏認(rèn)知測(cè)試系統(tǒng)的經(jīng)典設(shè)備。動(dòng)物通過(guò)觸摸屏，完成高通量的系列模塊化測(cè)試，如強(qiáng)化認(rèn)知、內(nèi)外空間的設(shè)置變化與視覺(jué)辨別、對(duì)顯示符號(hào)的短暫識(shí)別和不識(shí)別、空間記憶、選擇序列反應(yīng)時(shí)測(cè)試和成對(duì)結(jié)合學(xué)習(xí)等。
2、情緒行為實(shí)驗(yàn)方法
情緒行為是一種瞬時(shí)變化的心理與生理現(xiàn)象，反映了機(jī)體對(duì)不斷變化的環(huán)境所采取的適應(yīng)模式。從心理學(xué)的層面來(lái)說(shuō)，情緒是對(duì)客觀事物的態(tài)度體驗(yàn)和行為反應(yīng)，為人和動(dòng)物所共有，主要包括抑郁、焦慮、恐懼三類(lèi)行為。由于動(dòng)物的情緒體驗(yàn)難以用語(yǔ)言表達(dá)，行為實(shí)驗(yàn)是其主要的評(píng)價(jià)方法。
抑郁行為是動(dòng)物面臨環(huán)境應(yīng)激等因素長(zhǎng)期、慢性作用時(shí)，出現(xiàn)快感缺失、行為絕望、獲得性無(wú)助等情緒反應(yīng)。焦慮行為本質(zhì)上動(dòng)物新奇環(huán)境探索心理和對(duì)其恐懼而形成的沖突產(chǎn)生的行為。抑郁行為實(shí)驗(yàn)方法主要包括獲得性無(wú)助、強(qiáng)迫游泳、懸尾、糖水偏愛(ài)、新奇物體探索、曠場(chǎng)等; 焦慮行為實(shí)驗(yàn)方法主要有、曠場(chǎng)、明暗箱、新奇環(huán)境攝食抑制、飲水沖突實(shí)驗(yàn)等。
2. 1 抑郁行為實(shí)驗(yàn)方法
人們對(duì)情緒神經(jīng)機(jī)制的粗略認(rèn)識(shí)源于第yi次世界大戰(zhàn)顱腦損傷的傷員。在不違反倫理的情況下，研究者以實(shí)驗(yàn)動(dòng)物為研究對(duì)象，毀損實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的某些腦區(qū)，研究動(dòng)物情緒的變化，發(fā)現(xiàn)了動(dòng)物情緒的神經(jīng)回路。1928 年 Walter Hess 等人發(fā)現(xiàn)刺激貓的下丘腦可以誘發(fā)貓的攻擊性行為，包括毛發(fā)豎起、憤怒恐懼等表現(xiàn)。如果切斷下丘腦與腦干之間的聯(lián)系，則無(wú)法觀察到動(dòng)物的攻擊性行為，提示多個(gè)核團(tuán)的相互作用可能是形成情緒神經(jīng)活動(dòng)的基礎(chǔ)。20 世紀(jì) 30 年代，研究者開(kāi)始提出存在一個(gè)發(fā)起情緒、輸出情緒和感受情緒的中樞神經(jīng)系統(tǒng)環(huán)路———Papez 環(huán)路。同期，芝加哥大學(xué)的Kluver 和 Bucy 發(fā)現(xiàn)，恒河猴在雙側(cè)顳葉被切除之后，出現(xiàn)恐懼減少。甚至當(dāng)它們的身邊出現(xiàn)天敵蛇類(lèi)的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)猴也不會(huì)逃避。而且，通常與恐懼有關(guān)的發(fā)聲和面部表情也在減少。這些觀察都提示，顳葉切除可能會(huì)導(dǎo)致正常情緒體驗(yàn)和表達(dá)的減少 。研究者繼續(xù)雙側(cè)切除野貓的杏仁核，發(fā)現(xiàn)野貓像家貓一樣溫馴。而大鼠雙側(cè)杏仁核切除后會(huì)主動(dòng)接近一只安靜的貓。1954 年， Karl Pribram 等人損毀猴王的雙側(cè)杏仁核，發(fā)現(xiàn)猴王的社會(huì)地位降到社會(huì)醉底層。以上實(shí)驗(yàn)提示杏仁核在恐懼和攻擊行為中的功能。1954 年美國(guó)著名的心理學(xué)家 James Olds 和 Peter Milner 將極為細(xì)小的針狀電極埋藏于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物腦內(nèi)，并通過(guò)這些電極施以電脈沖以影響腦深處的活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)腦的正性強(qiáng)化中樞。這些通過(guò)損毀實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的某些腦區(qū)或埋入電極研究情緒的方法，為情緒神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制的研究奠定了重要基礎(chǔ)。
世紀(jì) 30 年代，人們也開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，研究并摸索如何評(píng)價(jià)動(dòng)物的情緒狀態(tài)。1934 年， Hall *使用曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn) ( open field) ，觀察大鼠禁食后，活動(dòng)增強(qiáng)，并且進(jìn)入中央?yún)^(qū)時(shí)間減少，出現(xiàn)焦慮狀態(tài)。1968 至1975 年，Seligman 相繼以狗和大鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，建立了獲得性無(wú)助動(dòng)物模型及評(píng)價(jià)方法，模擬抑郁癥病人的習(xí)得性無(wú)助行為，具有良好的表觀效度，一直用于抑郁癥的病理生理機(jī)制及抗抑郁藥效學(xué)研究。1977年，Porsolt 等用大小鼠建立了強(qiáng)迫游泳( forced swimming) 行為學(xué)評(píng)價(jià)方法; 1985 年，Steru 等建立了小鼠懸尾評(píng)價(jià)方法。這兩種方法被廣泛用于抗抑郁藥物的篩選，具有良好的預(yù)測(cè)效度。1982 年，Katz 等發(fā)現(xiàn)，慢性應(yīng)激狀態(tài)的大鼠對(duì)蔗糖水的攝入量下降。Willner 及其同事?lián)私⒘颂撬珢?ài)實(shí)驗(yàn)，用評(píng)價(jià)抑郁癥動(dòng)物模型的快感缺失狀態(tài)。在國(guó)內(nèi)，劉新民等建立了獲得性無(wú)助分析系統(tǒng)和懸尾測(cè)試分析系統(tǒng) 廣泛應(yīng)用于大小鼠抑郁模型情緒評(píng)價(jià)。非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物因?yàn)樵谶z傳學(xué)、解剖結(jié)構(gòu)等方面與人類(lèi)更為接近，是抑郁癥等精神疾病的理想模型。研究者應(yīng)用母嬰分離、調(diào)整群體的社會(huì)等級(jí)次序等方法建立了抑郁癥模型，表現(xiàn)為蜷縮行為、體重下降、自主活動(dòng)度降低、躲避行為增多等。目前這些行為學(xué)指標(biāo)的評(píng)價(jià)，大都采用錄像后人工分析和量表評(píng)定的方法進(jìn)行研究。
2. 2 焦慮行為實(shí)驗(yàn)方法
焦慮癥是一種以焦慮情緒為主的神經(jīng)癥，動(dòng)物面臨危險(xiǎn)情景時(shí)防御反應(yīng)系統(tǒng)激活，在行為學(xué)上表現(xiàn)為呆滯不動(dòng)、探究抑制、逃跑、掩埋等，以及心率加快、排尿、血漿皮質(zhì)酮水平增加等，與人焦慮癥表現(xiàn)有相似之處。高架十字迷宮即利用動(dòng)物對(duì)新異環(huán)境的探究特性和對(duì)開(kāi)臂的恐懼形成矛盾沖突，用于抗焦慮藥物的篩選及焦慮作用機(jī)制的研究 。曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)也是利用動(dòng)物對(duì)陌生環(huán)境的恐懼，主要在周邊區(qū)域活動(dòng)，在中央?yún)^(qū)域活動(dòng)較少的原理，研究動(dòng)物的焦慮行為。
3、運(yùn)動(dòng)行為實(shí)驗(yàn)方法
運(yùn)動(dòng)行為實(shí)驗(yàn)方法包括一般運(yùn)動(dòng)行為學(xué)評(píng)價(jià)，如曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn); 協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)評(píng)價(jià)如轉(zhuǎn)輪、平衡木實(shí)驗(yàn)等;肌力評(píng)價(jià)如握力實(shí)驗(yàn); 耐力行為學(xué)評(píng)價(jià)，如負(fù)重游泳、跑臺(tái)實(shí)驗(yàn)等。
動(dòng)物的各式各樣運(yùn)動(dòng)，如跑、跳、游泳、飛翔等，是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行為學(xué)研究的重要組成部分。同時(shí)，動(dòng)物的每一種行為學(xué)檢測(cè)方法都需要?jiǎng)游镞M(jìn)行運(yùn)動(dòng)。如果動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)功能被削弱，就不能承擔(dān)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，比如迷宮的訓(xùn)練、社交行為的檢測(cè)甚至覓食等活動(dòng)都會(huì)受限，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。另外，運(yùn)動(dòng)功能障礙也是帕金森病、腦缺血等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的主要臨床表現(xiàn)。因此，運(yùn)動(dòng)功能檢測(cè)是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行為學(xué)檢測(cè)的重要內(nèi)容。
曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可用于檢測(cè)動(dòng)物的自發(fā)活動(dòng)行為。
滾軸實(shí)驗(yàn)( rotarod test) 需要?jiǎng)游镌跐L軸上保持平衡并連續(xù)運(yùn)動(dòng)，用于檢測(cè)動(dòng)物的協(xié)調(diào)性。
平衡木實(shí)驗(yàn)觀察受試動(dòng)物能否跨越一系列的窄木到達(dá)一個(gè)封閉安全的平臺(tái)，主要用于測(cè)定動(dòng)物的平衡能力。
握力實(shí)驗(yàn)( grip strength) 是根據(jù)大小鼠善于攀爬，喜用爪抓持物體的習(xí)性而設(shè)計(jì)，主要用于檢測(cè)嚙齒類(lèi)動(dòng)物肌肉力量和神經(jīng)肌肉接頭功能。
負(fù)重游泳實(shí)驗(yàn)可用于檢測(cè)動(dòng)物的耐力，建立疲勞模型。謝磊等建立視頻原理的負(fù)重游泳分析系統(tǒng)，減少人footprint analysis) 用于定量評(píng)估人或動(dòng)物的步態(tài)，早源于臨床上對(duì)患者步態(tài)的分析，而后用于動(dòng)物步態(tài)分析。
Li 等 結(jié)合光學(xué)足跡增強(qiáng)、高速分辨攝像以及智能足跡識(shí)別技術(shù)建立VisuGait全自動(dòng)步態(tài)分析系統(tǒng)，可以穩(wěn)定識(shí)別動(dòng)物的足跡，并提出平均體轉(zhuǎn)角等更為靈敏可靠的行為學(xué)指標(biāo)。
靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)行為評(píng)價(jià)，如取物實(shí)驗(yàn)等，計(jì)算動(dòng)物將食槽中的蘋(píng)果全部取走的時(shí)間，一般需要人工計(jì)時(shí)。紅外和視頻原理的非人靈長(zhǎng)類(lèi)行為分析系統(tǒng)，可用于分析動(dòng)物的晝夜運(yùn)動(dòng)路程、運(yùn)動(dòng)及靜止時(shí)間等，也正逐漸用于非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)行為分析。
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