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行为学实验案例丨明暗箱实验操作

焦虑症是精神障碍中极为常见的一种,临床实践中,它经常与其他类型的精神障碍共同存在。根据2019年全球病疾负担研究的发现,焦虑症在10至24岁青少年中,是导致伤残调整生命年的第六大主要病疾。明暗箱实验(LDB)作为评价状态焦虑动物模型行为学的经典方法,已被广泛应用于焦虑症的发病机制研究和药筛选中。在啮齿类实验动物中,LDB所引发的焦虑情绪主要源于明暗光线的刺激冲突,而其行为模式则受到多种因素的影响,包括实验装置的设计(如形状、材质、尺寸等)、实验动物的特性(如品系、年龄、性别等)以及实验操作的具体细节(如起始位置、记录时间、重测测量以及周期节律等)。因此,本研究基于LDB作为状态焦虑动物模型的评价方法和原理,深入探讨了昼夜节律、光照面积、光照颜色以及光照强度等因素对昆明小鼠在LDB中行为模式的影响,旨在筛选出更加稳定可靠的实验条件,以优化LDB作为状态焦虑动物模型的评价方法。

实验动物  选用雄性昆明小鼠,实验环境控制在室温(20±2)℃,并设置12小时黑暗(6:00~18:00)和12小时光照(18:00~6:00)的循环,小鼠可自由获取食物和水。经过一周的环境预适应后,选取体重在(20±2)g的小鼠进行正式实验。

实验装置  为明暗箱,尺寸为45cm×27cm×27cm,由木质材料制成。明暗箱分为三部分:大面积箱体(27cm×27cm×27cm),底部分成9个面积相等的方格(9cm×9cm);小面积箱体(18cm×27cm×27cm),底部分成6个面积相等的方格(9cm×9cm);以及两箱体之间的可移动隔板中央通道(7cm×7cm)。明箱区采用30W白灯泡,距离箱底40cm高处照明;暗箱区则采用30W红灯泡(或其他实验用彩色灯泡),同样距离箱底40cm高处照明。

明暗箱/黑白箱/light-dark box,XR-XB120,上海欣软

实验操作  过程如下:操作者将昆明小鼠置于大面积箱体的正中央方格,并使用摄像系统记录小鼠在5分钟内的行为变化。记录的行为参数包括两箱停留时间、水平运动、垂直运动、穿梭次数以及粪便粒数。水平运动记录为小鼠四只爪子均进入一格的次数,垂直运动记录为小鼠两前爪腾空或攀附墙壁的次数。纳入实验分析的参数包括明区停留时间百分率(Ltime%)、明区水平运动百分率(Lcross%)、明区垂直运动百分率(Lrear%)、水平运动总得分(Cross)、垂直运动总得分(Rear)、总得分(Total = Cross + Rear)、穿梭次数(Transition)以及两区粪便粒数(Lfbs,Dfbs)和粪便总粒数(Fbs = Lfbs + Dfbs)。

影响评估 为了完整评估昆明小鼠在明暗箱(LDB)实验中的行为模式,并探讨不同实验条件对其行为的影响,我们设计了以下实验方案。实验主要考察昼夜节律、光照面积、光照颜色以及光照强度等因素对小鼠行为的影响。

首先,昼夜节律是一个重要的影响因素,我们将其分为白天周期(18:00~6:00,标记为Day)和黑夜周期(6:00~18:00,标记为Night)两个时段,以观察小鼠在不同时间段内的行为变化。

其次,光照面积也是一个关键因素。我们将明箱区分为大面积箱体(L3/5)和小面积箱体(L2/5)两种条件,以探究不同光照面积对小鼠行为模式的影响。

为了更完整地了解光照对小鼠行为的影响,我们还设计了光照颜色和光照强度的实验。在光照颜色实验中,我们选择了黄色、绿色、蓝色和红色四种不同颜色的灯光,以观察小鼠对不同颜色光照的反应。而在光照强度实验中,我们设置了15W、25W、40W、60W和100W五种不同的光照强度,以探究光照强度对小鼠行为模式的影响。

在实验设计上,我们采用了析因设计的方法。对于昼夜节律与光照面积的交互效应,我们设置了四个实验组:Day-L3/5、Day-L2/5、Night-L3/5和Night-L2/5,每个组包含6只小鼠。对于光照颜色实验,我们在黑夜周期下进行,分别使用黄色、绿色、蓝色和红色灯光,每组同样包含6只小鼠。对于光照强度实验,我们也在黑夜周期下进行,分别设置15W、25W、40W、60W和100W五种光照强度,每组包含6只小鼠。

通过记录和分析小鼠在LDB实验中的行为参数,如明区停留时间百分率、水平运动百分率、垂直运动百分率、穿梭次数以及粪便粒数等,我们可以完整评估不同实验条件对小鼠行为模式的影响。这将有助于我们筛选出更加稳定可靠的实验条件,以优化LDB作为状态焦虑动物模型的评价方法。


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