模型概述

采取合適的防御行為及時(shí)應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)刺激的能力對(duì)個(gè)體的生存繁衍至關(guān)重要。對(duì)于小鼠來(lái)說(shuō)，避開空中捕食者，如老鷹和貓頭鷹，是一種核心的生存功能，主要的感官方式是視覺。近年來(lái)，已經(jīng)為嚙齒動(dòng)物開發(fā)了一種有趣的行為范式——looming模型，該模型完全依靠視覺刺激來(lái)引發(fā)先天的恐懼反應(yīng)，由Yilmaz和Meister于2013年開創(chuàng)。該范式使用一種黑暗的視覺刺激，這種刺激在頭頂不斷迫近，尺寸增加，模仿飛行捕食者的快速前進(jìn)。實(shí)驗(yàn)裝置中還設(shè)置一個(gè)簡(jiǎn)陋的庇護(hù)所，從而為小鼠提供了尋求**的機(jī)會(huì)。在這些條件下，當(dāng)暴露于不斷擴(kuò)大的黑暗視覺刺激時(shí)，小鼠會(huì)采取兩種不同的先天防御策略之一：一種行為是快速逃跑：小鼠沖到一個(gè)不透明的巢穴下面尋找掩護(hù)。這種反應(yīng)具有明顯的進(jìn)化優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠冉年幱翱赡艽砹丝罩胁妒痴?，并且隱藏在掩體下可以防止小鼠被吃掉。**種行為是凍結(jié)行為：小鼠停止移動(dòng)并長(zhǎng)時(shí)間完全靜止不動(dòng)。乍一看，這可能不是一個(gè)好主意，但非移動(dòng)的小鼠確實(shí)可以更好地融入環(huán)境，并且比移動(dòng)目標(biāo)更難被發(fā)現(xiàn)。執(zhí)行特定防御行為的概率在很大程度上取決于實(shí)驗(yàn)參數(shù)的各個(gè)方面。

儀器介紹

行為測(cè)試裝置是一個(gè)無(wú)頂?shù)?/span>有機(jī)玻璃盒子，長(zhǎng)48 cm ×寬35 cm ×高30 cm。盒子的地板和三面墻壁上*好覆蓋有啞光噴涂涂層，以防止視覺刺激的反射。一個(gè)20 cm ×高12 cm的不透明的三角棱柱形狀的庇護(hù)所位于裝置的一個(gè)角落。朝下固定在裝置頂部的LCD顯示屏顯示一個(gè)灰色屏幕（48 cm × 27 cm，平均亮度30-40 candela/m2）。視覺刺激是提前編程好的，并顯示在LCD監(jiān)視器上。4個(gè)明亮的LED為視頻錄制提供紅外照明，紅外對(duì)于小鼠來(lái)說(shuō)是看不見的。任何可以可視化整個(gè)裝置的攝像機(jī)均可以用于行為記錄，以30幀每秒的速度記錄小鼠的運(yùn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

該模型發(fā)展不過(guò)十年，主要應(yīng)用于小鼠。大鼠也有類似的行為，但是更為復(fù)雜。一般選取8-12周齡的C57BL6/J小鼠，將其分組飼養(yǎng)，并保持12小時(shí)光暗周期。而且研究表明，在白天和晚上以及雄性和雌性動(dòng)物之間的逃跑頻率和逃跑潛伏期沒有顯著差異。因此，在動(dòng)物性別以及實(shí)驗(yàn)時(shí)間的選擇上更靈活。但建議在白天進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因?yàn)?/span>動(dòng)物通常看起來(lái)不那么焦慮。

注意事項(xiàng)：模型創(chuàng)建者還觀察到，飼養(yǎng)在不同動(dòng)物設(shè)施中的小鼠，對(duì)不斷迫近的陰影有不同的行為模式。一組傾向于以逃跑來(lái)回應(yīng)，而另一組則表現(xiàn)出逃跑和明顯的凍結(jié)行為混合的反應(yīng)。因此，雖然兩者都表現(xiàn)出了快速而強(qiáng)烈的防御反應(yīng)，但細(xì)節(jié)有所不同。即使實(shí)驗(yàn)是用從同一商業(yè)供應(yīng)商獲得的同一品系的小鼠進(jìn)行的。這強(qiáng)調(diào)了在世界各地不同的實(shí)驗(yàn)室研究行為視覺生理學(xué)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化飼養(yǎng)條件的重要性，這樣才有利于比較實(shí)驗(yàn)室的行為結(jié)果。

（一）.創(chuàng)建視覺刺激

視覺刺激可以使用自定義Python腳本創(chuàng)建，并使用Windows Game Recorder（微軟公司）記錄下來(lái)，以便在行為測(cè)試中重播。不斷迫近的陰影刺激的代碼可在以下網(wǎng)址獲得：www.github.com/kpc-simone/shadow-graphics。

不斷迫近的陰影刺激為一個(gè)黑色圓盤，該圓盤以三個(gè)不同的階段出現(xiàn)在淺色背景上：1.呈現(xiàn)直徑為2厘米的靜態(tài)圓盤3秒；2.圓盤在接下來(lái)的 2秒內(nèi)擴(kuò)大到直徑20 厘米；3.*后，直徑為20厘米的圓盤再保持這個(gè)大小3秒。通過(guò)運(yùn)行上述網(wǎng)站上報(bào)告為 example1.py 的腳本，可以重現(xiàn)10個(gè)這樣的刺激序列。（也有研究采用更快的刺激呈現(xiàn)速度：250 毫秒內(nèi)從直徑1厘米迅速擴(kuò)展到25.5厘米，并在這個(gè)尺寸上繼續(xù)保持500毫秒）

在黑色圓盤出現(xiàn)之前和之后，顯示器上呈現(xiàn)統(tǒng)一的灰色（RGB參考128，128，128）背景。

（二）.為適應(yīng)階段創(chuàng)建背景

在適應(yīng)期間，動(dòng)物放置在測(cè)試裝置中，沒有視覺刺激，只有LCD屏幕上的灰色背景作為**的光源?？梢允褂?/span>PowerPoint或通過(guò)暫停刺激的**幀來(lái)創(chuàng)建靜態(tài)背景。

2、將用來(lái)躲避視覺刺激的庇護(hù)所放置在裝置的一個(gè)角落，僅允許動(dòng)物從一側(cè)進(jìn)入（圖三）。

3、將 LCD 屏幕朝下固定在裝置上方（30 cm）以顯示視覺刺激（圖四）。將 PC 或筆記本電腦連接到 LCD 屏幕。復(fù)制屏幕并使用Windows 媒體播放器全屏打開視頻。至關(guān)重要的是，當(dāng)視頻暫?；蛲瓿蓵r(shí)，測(cè)試屏幕不會(huì)改變測(cè)試區(qū)域的亮度。

4、在測(cè)試房間內(nèi)，燈光應(yīng)關(guān)閉，動(dòng)物**可用的光源是位于測(cè)試裝置頂部的屏幕提供的光源，充當(dāng)虛擬天空（圖五）。

6、攝像機(jī)應(yīng)放置在實(shí)驗(yàn)裝置上方的一個(gè)角落，以便捕獲整個(gè)裝置的圖像（圖七）。

適應(yīng)測(cè)試房間和實(shí)驗(yàn)裝置

1、在開始實(shí)驗(yàn)設(shè)備的適應(yīng)程序之前，先使動(dòng)物適應(yīng)測(cè)試房間3天。每天使用相同的方法將動(dòng)物運(yùn)送到測(cè)試室。動(dòng)物每天應(yīng)在房間內(nèi)停留至少 30 分鐘。

2、使動(dòng)物適應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。在適應(yīng)開始前15分鐘將動(dòng)物移至測(cè)試室。在這 15 分鐘內(nèi)，關(guān)閉房間的燈，并打開顯示灰色背景的LCD屏幕。將動(dòng)物放置在裝置中，讓它自由探索 20 分鐘。在這一時(shí)期，動(dòng)物通常表現(xiàn)出探索性的姿勢(shì)，如后腿直立和嗅探。此過(guò)程應(yīng)重復(fù) 3 天。不需要是連續(xù)適應(yīng)3天，但適應(yīng)的*后**應(yīng)該在測(cè)試開始前 24 小時(shí)發(fā)生。對(duì)設(shè)備的適應(yīng)對(duì)于確保動(dòng)物正確顯示防御行為很重要。