【Bio-protocol精华分类汇总】啮齿类动物行为学测试汇总（一）

在神经科学研究中，除了关注分子、细胞、神经环路不同水平的机制之外，也需要观察具体的神经功能活动，如学习记忆、情绪反应、社交行为等。这些信息并不能通过直接检测某个或某些指标得出，而需要通过设计精巧的行为学任务给出答案。通过研究行为神经科学，能够了解神经系统（如环路、脑区等）如何支配或参与特定行为的发生，也能将疾病状态下神经系统的病理改变与行为表现相关联。

正因如此，行为学测试在神经科学研究中得到了广泛应用，经典的行为学范式自报道后被研究者们沿用至今，并且随着认识深入，新的行为学测试方法得到不断衍生。啮齿类动物作为使用最多的实验动物之一，不少人类的行为和疾病表现在小鼠、大鼠模型上已得到成功复刻，相应的，研究者们也报道了许多行为学测试方法。接下来，我们将陆续向读者们介绍近年来Bio-protocol上发表的啮齿类动物行为学测试的文章，为各位提供参考。

小鼠行为学实验漫画

（three-chambered test：三箱社交行为测试）

https://www.spectrumnews.org/news/watch-analyzing-mouse-behavior/

1. An Alternative Maze to Assess Novel Object Recognition in Mice

利用啮齿类动物喜欢探索新鲜事物的天性，在1988年研究者们报道了新物体识别实验（novel object recognition test, NORT）。通过比较啮齿类动物探索没有见过的新事物和熟悉的旧事物（已经见过的）的时间长短来评价其学习记忆能力[1]。动物较长时间探索新的物体被认为可以间接反映其已获得对熟悉物体的记忆，即与学习记忆能力受损的动物相比，学习记忆能力正常的动物更愿意探索新的物体。目前学界认为，NORT是测试海马和颞叶功能的可靠模型[2]，因为在上述脑区有病变的患者也会表现出识别记忆受损的症状。

大部分NORT在旷场环境（open field）下进行，但需要前期进行较长时间（连续几天）的适应期训练让小鼠熟悉测试环境。同时，由于空旷环境容易给小鼠带来应激压力（stress），有着组内差异较大、需要更多实验动物的局限性[3]。也有部分NORT在Y迷宫中进行，但也存在着探索距离较短的局限。

因此研究者们设计了由两臂之间呈90°的迷宫（称为L型或V型迷宫），将物体放在两个臂的尽头，小鼠从中间区域开始探索。由于两臂长度较长，能够降低周围环境对小鼠探索物体的影响，增加小鼠与物体的互动频率。同时封闭且较为狭长的探索环境能够减少测试环境给小鼠造成的焦虑情绪，更能反映出自然状态下的学习记忆能力。近些年来，这一改良模型已得到较为成熟的验证，2018年法国马让迪神经系统研究中心Giovanni Marsicano课题组（大麻素领域研究先驱）在Neuron发表的Astroglial CB₁ receptors determine synaptic D-serine availability to enable recognition memory中使用了该测试方法，同时该文章的作者也已将具体设计、操作步骤及注意事项发表在Bio-protocol上。此外，Nature Medicine、PNAS、Nature Communications等期刊中也有文章使用这一模型对小鼠的学习记忆能力进行评估。

实验流程示意图

（STM: short-term memory 短时记忆; LTM: long-term memory 长时记忆）

DOI: 10.21769/BioProtoc.3651

2. The Discrete Paired-trial Variable-delay T-maze Task to Assess Working Memory in Mice

在大脑完成处理信息、推理决策等复杂的认知任务时，需要工作记忆（working memory）的参与在短时间对信息进行存储和处理。一直以来，学界和大众对于高级认知功能有着浓厚的兴趣，而工作记忆在学习记忆研究中具有重要地位，相关研究自然也已成为学界的热点话题之一。工作记忆的具体机制和运作模型当前仍在不断深入研究，目前比较公认的是自1974年提出并不断完善的Baddeley模型。该模型由中央执行系统（central executive）、语音回路（phonological loop）、视空图像处理器（visuo-spatial sketchpad）及情景缓冲器（episodic buffer）四部分组成[4]。

前额叶皮层（prefrontal cortex, PFC）参与工作记忆过程早在1971年就已得到证实[5-6]，并且研究者们对PFC更精细定位的功能和具体参与工作记忆环节的认识不断加深。加之精神分裂症患者中常出现PFC相关的工作记忆异常，因此在人类和非人灵长类研究中围绕PFC展开了不少转化医学及临床前的工作。

同时，为提高测量可靠性和干预可行性，并且啮齿类动物内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）与灵长类PFC在神经解剖上也有着很强的同源性，因此在啮齿类动物中也报道了不少工作记忆相关的研究范式，如八臂迷宫相关的认知任务测试等。

也有研究报道利用T迷宫非连续配对变换延迟任务（discrete paired-trial variable-delay T-maze task）对啮齿类动物的工作记忆进行测试。该任务需要依赖啮齿类动物的mPFC功能，并且可以尽可能避免动物绕臂行走天性带来的局限，被认为可以与针对人类和非人灵长类的工作记忆研究范式相媲美。意大利的研究者在Bio-protocol撰文详细总结了这一方法在工作记忆测试应如何应用，并对训练和测试各阶段的注意事项进行了详尽说明。值得一提的是，该课题组在Molecular Psychiatry、Journal of Neuroscience等神经科学知名期刊发表的数篇文章中均运用了该模型对小鼠mPFC依赖的工作记忆进行评估，有着较强的信服度和可行性。

实验流程示意图

DOI:10.21769/BioProtoc.3664

3. Delayed-matching-to-place Task in a Dry Maze to Measure Spatial Working Memory in Mice

在学习记忆研究中，经典行为学测试之一的Morris水迷宫实验于1981年建立[7]，利用啮齿类动物会游泳、但不喜欢呆在水里的天性，强迫动物游泳并通过周围环境的标识学习寻找水中隐藏平台，用来测试动物空间定位的学习记忆能力。在首次报道后也得到了不断完善[8-9]，发展了不同的测试任务，可以对工作记忆、参考记忆和任务策略多方面分别进行评估，直到当前，Morris水迷宫实验仍是学习记忆和认知相关疾病研究广为使用的研究范式。但这一方法的固有局限在于强迫游泳对动物带来的应激反应，以及要求研究者在每次实验后及时擦干动物并将其置于温暖环境（如电热毯等）保持体温。

因而，近些年研究者根据水迷宫的工作原理，设计了延迟位置匹配（delayed-matching-to-place, DMP）的旱迷宫，通过光照和噪声刺激训练小鼠借助不同方位的标识习得隐藏在迷宫下方逃生孔的位置，并在保持周围环境不变的同时每天更换逃生孔位置。这一方法能够降低实验人员的工作强度，并避免游泳给小鼠带来的应激刺激。加利福尼亚大学旧金山分校（UCSF）的Susanna Rosi团队2016年在Journal of Neuroinflammation发表的Colony-stimulating factor 1 receptor blockade prevents fractionated whole-brain irradiation-induced memory deficits和今年在eLife发表的文章均使用了这种方法，并在Bio-protocol发文详尽地介绍了包括迷宫布置、测试和数据分析的具体细节。

DMP旱迷宫环境布置及测试工具

DOI: 10.21769/BioProtoc.2389

上述三篇文章介绍的方法均对传统行为学范式进行了优化和改进，这些方法的可行性也已得到证实，可供我们在设计实验时参考和使用。之后这一系列将会继续介绍近年来改良的行为学测试方法和经典范式，欢迎大家持续关注。

参考文献（上下滑动查看）

1. Ennaceur A, Delacour JA. A new one-trial test for neurobiological studies of memory in rats. 1: Behavioral data. Behavioural Brain Research, 1988, 31(1):47–59.

2. Broadbent NJ, Gaskin S, Squire LR. et al. Object recognition memory and the rodent hippocampus. Learning & Memory, 2010, 17(1): 5–11.

3. Hale MW, Hay-Schmidt A, Mikkelsen JD, et al. Exposure to an open-field arena increases c-Fos expression in a distributed anxiety-related system projecting to the basolateral amygdaloid complex. Neuroscience, 2008, 155(3):659–672.

4. Baddeley AD, Allen RJ, Hitch GJ. Binding in visual working memory: The role of the episodic buffer. Neuropsychologia, 2011, 49(6):1393–1400.

5. Fuster JM, Alexander GE. Neuron activity related to short-term memory. Science, 1971, 173(3997): 652–654.

6. Kubota K, Niki H. Prefrontal cortical unit activity and delayed alternation performance in monkeys. Journal of Neurophysiology, 1971. 34(3):337–347.

7. Morris RGM. Spatial localization does not require the presence of local cues. Learning & Motivation, 1981, 12(2):239–260.

8. Morris RGM. Development of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. Journal of Neuroscience Methods, 1984, 11(1):47–60.

9. Lipp HP, Wolfer DP. Genetically modified mice and cognition. Current Opinion in Neurobiology, 1998, 8(2):272–280.

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