浅析动物行为学实验方法的研究方向分类

动物行为实验方法早期研究主要是为学习记忆行为设计的，后来发展为情绪表达、运动行为、社交行为、疼痛及成瘾性等行为实验方法。目前主要的行为学实验包括学习记忆行为实验、抑郁行为实验、焦虑行为实验、恐惧行为实验、自发活动行为实验、节律行为实验、攻击行为实验、防御行为实验、繁殖行为实验、社会行为实验等，社会行为实验指沟通行为实验、利已行为实验、等级行为实验等。研究最多的主要是学习记忆、情绪和运动行为等。

1、学习记忆行为实验方法

学习是神经系统接受外界环境变化获得新行为和经验的过程，记忆是指对学习获得的经验或行为的保持，包括获得、巩固、再现及再巩固四个环节。学习和记忆二者是互相联系的神经活动过程，学习过程中必然包含记忆，而记忆总是需要以学习为先决条件。研究者设计了多种学习记忆行为实验方法用于评价学习记忆。

• 学习 记 忆 行 为 实 验 方 法 的 开 掘 者 包 括Thorndike、Pavlov 和 B． F． Skinner 等。1937 年 Skinner 首次建立了基于操作的学习记忆行为实验方法 － 斯金纳箱。

• 1930 年，Tolman和Honzik 应用个单元的 T 型迷宫，研究大鼠的潜伏学习( latent learning) 。后来，多单元迷宫演变为目前应用的 T 迷宫。1939 年，Dennis 首次定义了大鼠在 T 迷宫中的自发交替( spontaneous alternation) 行为，认为大鼠能够对探索过的臂产生内起抑制 ( internalinhibition) ，而进入没有探索过的臂，从而增加发现食物的机会。

• 1979 年，Barnes 建立了巴恩斯迷宫( Barnes maze) ，动物不需要限食，基于其天生的探索特性，应用噪音、强光和暴露的开放环境作为应激手段，促使动物寻找目标洞。

• 1981 年，Morris建立了水迷宫方法，基于动物厌恶水环境的特性，强迫实验动物游泳，学习寻找隐藏在水中的平台。水迷宫是学习记忆行为学评价的另一个标志性事件，主要用于海马依赖的空间参考记忆和工作记忆的研究。

• 1988 年，Ennaceur 等基于动物天生对新奇物体的探索特性，建立了新物体识别 ( novel object recognition test) 评价方法，与其他评价方法比较，该方法不需要学习训练，无需禁食禁水，不用施加惩罚或奖赏刺激，对动物的应激影响较小，与人类的再认记忆检测相似类的再认记忆检测相似。大小鼠的触屏认知系统也相继问世，用于认知功能的评价，尤其在神经精神疾病药物筛选中发挥重要作用。

• 非人灵长类动物具有与人类相似的大脑结构，具备高级脑功能，可以被训练完成特定类型的测试任务，对评价认知能力、情绪反应等具有啮齿类动物无法替代的作用。触屏测试认知系统是目前广为接受的灵长类动物认知行为的评价方法。该方法源于人的神经行为测试的计算机化形式。剑桥神经心理测试自动化组合 ［Neuro behavioral Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery CANTAB) ］是触屏认知测试系统的经典设备。动物通过触摸屏，完成高通量的系列模块化测试，如强化认知、内外空间的设置变化与视觉辨别、对显示符号的短暂识别和不识别、空间记忆、选择序列反应时测试和成对结合学习等。

2、情绪行为实验方法

情绪行为是一种瞬时变化的心理与生理现象，反映了机体对不断变化的环境所采取的适应模式。从心理学的层面来说，情绪是对客观事物的态度体验和行为反应，为人和动物所共有，主要包括抑郁、焦虑、恐惧三类行为。由于动物的情绪体验难以用语言表达，行为实验是其主要的评价方法。

抑郁行为是动物面临环境应激等因素长期、慢性作用时，出现快感缺失、行为绝望、获得性无助等情绪反应。焦虑行为本质上动物新奇环境探索心理和对其恐惧而形成的冲突产生的行为。抑郁行为实验方法主要包括获得性无助、强迫游泳、悬尾、糖水偏爱、新奇物体探索、旷场等; 焦虑行为实验方法主要有高架十字迷宫、旷场、明暗箱、新奇环境摄食抑制、饮水冲突实验等。

2. 1  抑郁行为实验方法

人们对情绪神经机制的粗略认识源于第一次世界大战颅脑损伤的伤员。在不违反伦理的情况下，研究者以实验动物为研究对象，毁损实验动物的某些脑区，研究动物情绪的变化，发现了动物情绪的神经回路。1928 年 Walter Hess 等人发现刺激猫的下丘脑可以诱发猫的攻击性行为，包括毛发竖起、愤怒恐惧等表现。如果切断下丘脑与脑干之间的联系，则无法观察到动物的攻击性行为，提示多个核团的相互作用可能是形成情绪神经活动的基础。20 世纪 30 年代，研究者开始提出存在一个发起情绪、输出情绪和感受情绪的中枢神经系统环路———Papez 环路。同期，芝加哥大学的Kluver 和 Bucy 发现，恒河猴在双侧颞叶被切除之后，出现恐惧减少。甚至当它们的身边出现天敌蛇类的时候，实验猴也不会逃避。而且，通常与恐惧有关的发声和面部表情也在减少。这些观察都提示，颞叶切除可能会导致正常情绪体验和表达的减少 。研究者继续双侧切除野猫的杏仁核，发现野猫像家猫一样温驯。而大鼠双侧杏仁核切除后会主动接近一只安静的猫。1954 年， Karl Pribram 等人损毁猴王的双侧杏仁核，发现猴王的社会地位降到社会最底层。以上实验提示杏仁核在恐惧和攻击行为中的功能。1954 年美国著名的心理学家 James Olds 和 Peter Milner 将极为细小的针状电极埋藏于实验动物脑内，并通过这些电极施以电脉冲以影响脑深处的活动，发现脑的正性强化中枢。这些通过损毁实验动物的某些脑区或埋入电极研究情绪的方法，为情绪神经生物学机制的研究奠定了重要基础。

世纪 30 年代，人们也开始在实验室环境，研究并摸索如何评价动物的情绪状态。1934 年， Hall 首次使用旷场实验 ( open field) ，观察大鼠禁食后，活动增强，并且进入中央区时间减少，出现焦虑状态。1968 至 1975 年，Seligman 相继以狗和大鼠为实验对象，建立了获得性无助动物模型及评价方法，模拟抑郁症病人的习得性无助行为，具有良好的表观效度，一直用于抑郁症的病理生理机制及抗抑郁药效学研究。1977 年，Porsolt 等用大小鼠建立了强迫游泳( forced swimming) 行为学评价方法; 1985 年，Steru 等建立了小鼠悬尾评价方法。这两种方法被广泛用于抗抑郁药物的筛选，具有良好的预测效度。1982 年，Katz 等发现，慢性应激状态的大鼠对蔗糖水的摄入量下降。Willner 及其同事据此建立了糖水偏爱实验，用评价抑郁症动物模型的快感缺失状态。在国内，刘新民等建立了获得性无助分析系统和悬尾测试分析系统 广泛应用于大小鼠抑郁模型情绪评价。非人灵长类动物因为在遗传学、解剖结构等方面与人类更为接近，是抑郁症等精神疾病的理想模型。研究者应用母婴分离、调整群体的社会等级次序等方法建立了抑郁症模型，表现为蜷缩行为、体重下降、自主活动度降低、躲避行为增多等。目前这些行为学指标的评价，大都采用录像后人工分析和量表评定的方法进行研究。

2. 2  焦虑行为实验方法

焦虑症是一种以焦虑情绪为主的神经症，动物面临危险情景时防御反应系统激活，在行为学上表现为呆滞不动、探究抑制、逃跑、掩埋等，以及心率加快、排尿、血浆皮质酮水平增加等，与人焦虑症表现有相似之处。高架十字迷宫即利用动物对新异环境的探究特性和对开臂的恐惧形成矛盾冲突，用于抗焦虑药物的筛选及焦虑作用机制的研究 。旷场实验也是利用动物对陌生环境的恐惧，主要在周边区域活动，在中央区域活动较少的原理，研究动物的焦虑行为。

3、运动行为实验方法

运动行为实验方法包括一般运动行为学评价，如旷场实验; 协调运动评价如转轮、平衡木实验等;肌力评价如握力实验; 耐力行为学评价，如负重游泳、跑台实验等。

动物的各式各样运动，如跑、跳、游泳、飞翔等，是实验动物行为学研究的重要组成部分。同时，动物的每一种行为学检测方法都需要动物进行运动。如果动物的运动功能被削弱，就不能承担复杂的实验任务，比如迷宫的训练、社交行为的检测甚至觅食等活动都会受限，从而影响实验结果。另外，运动功能障碍也是帕金森病、脑缺血等中枢神经系统疾病的主要临床表现。因此，运动功能检测是实验动物行为学检测的重要内容。

• 旷场实验可用于检测动物的自发活动行为。

• 滚轴实验( rotarod test) 需要动物在滚轴上保持平衡并连续运动，用于检测动物的协调性。

• 平衡木实验观察受试动物能否跨越一系列的窄木到达一个封闭安全的平台，主要用于测定动物的平衡能力。

• 握力实验( grip strength) 是根据大小鼠善于攀爬，喜用爪抓持物体的习性而设计，主要用于检测啮齿类动物肌肉力量和神经肌肉接头功能。

• 负重游泳实验可用于检测动物的耐力，建立疲劳模型。谢磊等建立视频原理的负重游泳分析系统，减少人footprint analysis) 用于定量评估人或动物的步态，最早源于临床上对患者步态的分析，而后用于动物步态分析。

• Li 等 结合光学足迹增强、高速分辨摄像以及智能足迹识别技术建立VisuGait全自动步态分析系统，可以稳定识别动物的足迹，并提出平均体转角等更为灵敏可靠的行为学指标。

• 灵长类动物的运动行为评价，如取物实验等，计算动物将食槽中的苹果全部取走的时间，一般需要人工计时。红外和视频原理的非人灵长类行为分析系统，可用于分析动物的昼夜运动路程、运动及静止时间等，也正逐渐用于非人灵长类动物运动行为分析。

如果您对动物行为学实验感兴趣，可以关注我们公众号：bioviewer，定期更新好文章和好视频，交流学习！