高架十字迷宫(Elevated Plus Maze, EPM)是一种在神经科学领域中被广泛用于焦虑与其相关症状研究的行为实验,此种实验充分利用了啮齿动物不喜欢开阔地并尽可能的去追求遮蔽的天性。高架十字迷宫为一个拥有四种选择的迷宫,其中两个方向为开阔且无围墙保护的空间(Open Arms) ,而另外两个为封闭空间(Close Arms) ,动物在天性驱使之下会去追求遮蔽,因此会在拥有遮蔽的封闭臂待上较久的时间,利用老鼠害怕开阔地的天性进而观察其焦虑或恐惧所造成的行为。
高架十字迷宫实验模式的雏型是由 KC Montgomery于 1955年所创立的,他使用了改装过的Y字迷宫(Y-Maze) ,与现今的Y字迷宫不同的是他所使用的迷宫分别拥有一个开阔臂与封闭臂,动物马上就会对这两臂有着直接的喜好与厌恶而无需特定诱因 。基于这样的结果, Handley and Mithani ( Handley & Mithani 1984 )在1984年研发出了高架十字迷宫,自此高架十字迷宫即成为了研究焦虑成因以及研发抗焦虑药的利器。
高架十字迷宫硬体设备介绍
标准的高架十字迷宫拥有一个小型的中间出发区域,此区域有4条向四方延伸的开阔/封闭臂,四条臂长约30-50公分且宽约为5-10公分,彼此间保持90度夹角,实际的大小由您要使用的实验动物种类而定(大鼠、小鼠甚至是小型灵长目) 。开阔臂与封闭臂采交叉间隔,封闭臂通常拥有高达40公分但无天花板的墙面,墙面可以是透明或是雾面 ,至于开阔臂的末端建议可以加装一块挡板,防止动物在开阔臂探索时掉落。迷宫的颜色应该与实验动物的颜色形成对比以利观察或分析 (例如白鼠配深色迷宫) 。整组迷宫需离地至少50公分,防止动物从开阔臂逃离。
由于封闭臂的墙面可能会产生阴影,而阴影可能会影响动物本身的视野或行为,因此在架设高架十字迷宫时需特别考量灯光的位置,将灯源架设在迷宫的正上方会是个好选择。使用轨迹追踪系统(例如VisuTrack软件,上海欣软 )并架设摄影机时,也需要考量到摄影机是否能将整个迷宫映入画面中且无阴影干扰。每只动物进行新的实验前,务必彻底清理迷宫本体,避免上一个受测对象在现场留下了气味等与实验不相关的线索。
另外还有一种红外版本的高架十字迷宫,既可以杜绝灯光的复杂布置,也可以降低光线对实验的影响,在实在迷宫底部铺设十字状红外面板灯,使用定制的窄波带宽的摄像机拍摄,这种方式基本上杜绝了阴影带来的干扰,但是相对成本比标准的高架十字迷宫偏高,用户可以根据经费预算酌情考虑。如需红外版本的高架十字迷宫,可以联系上海欣软工程师,详细咨询!
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实验流程说明
高架十字迷宫用来评估焦虑以及焦虑症状。实验鼠(不管是大鼠还是小鼠)天生都偏好封闭环境,待在封闭环境会带给它们舒适与**感,因此正常个体在进行高架十字迷宫时都会主动避免开阔臂,即使是在探索阶段动物也会避免暴露在开阔臂的环境之下过久。动物在接受了抗焦虑药品后会产生焦虑行为减少的现象并且增加探索危险区域的频率,另一方面,动物若接受的是促进焦虑现象的药品,则会大大增加待在封闭臂的时间(即使是与正常的老鼠相比) 。计算动物花在两种臂的时间比即为我们探讨动物焦虑症状严重与否的重点所在。
与许多需要适应甚至重覆训练的迷宫不同,动物进行高架十字迷宫之前无需进行任何的适应或训练,我们要得到的正好是动物在不熟悉环境下本能产生的反应,不过在进行每次实验之前,迷宫都需要被彻底清洁并消除气味,避免不相关的线索干扰实验结果。
1、实验之前,一定要确保高架十字迷宫整个装置的清洁。这个步骤不仅仅是要求当天的**实验,更加侧重于每一次动物实验完成后的清洁除味工作,一定要去除上一只动物在宫体内**下来的尿液、粪便等,尽可能创造一个清洁、无味道的理想试验环境。同时,实验员需要记录动物的编号、日期、状态等信息;实验动物提前运送到行为学实验室专用临时笼架 ,适应环境至少3H左右, 减少动物紧张。
2、将实验动物(大鼠或者小鼠)从饲养笼中取出,实验动物尽量背向实验员,将动物轻轻放在仪器宫体的中央区域,动物面向开臂,然后实验员迅速安静的离开;
3、打开VisuTrack动物行为分析软件,设置好参数,跟踪动物在高架十字迷宫仪器内的轨迹运动,自动计算指标,通常实验时长为5min;
4、实验结束后,取出实验动物,放入饲养笼,做好实验完成动物的标记信息,同时,用酒精和纸巾清洁迷宫。
改进型迷宫设置
高架O字迷宫 (Elevated Zero Maze)的概念与高架十字迷宫相似,不过并没有中央区域与四个方位的设计,取而代之的是一个循环的O型走道,其中分为了2种不同的片段(开阔区与封闭区) , 此种迷宫消除了方位与臂的选择,使得学者们更能专注在探讨动物对开阔闭的喜好或厌恶。
实验指标
1、进入开放臂次数(open arm entry,OE):进入到任一开放臂的次数,以动物的四肢均进入臂内为准或者以动物身体80%进入臂内为准。
2、开臂活动(open arm time,OT):动物四肢全部进入或者身体80%进入开臂内的持续时间,单位:秒。
3、进入闭臂次数(closed arm entry,CE):进入到任一闭臂的次数,以动物的四肢均进入臂内为准或者以动物身体80%进入臂内为准。
4、闭臂活动(closed arm time,CT):动物四肢全部进入或者身体80%进入闭臂内的持续时间,单位:秒。
5、向下探究次数(head-dipping):实验动物置身于中央区域或者开臂时,一边用前爪握住迷宫边缘一边把头部和肩部伸出开臂的边缘向迷宫下面探究的行为次数。
6、闭臂后腿直立次数(rearing):也叫闭臂支撑性站立,动物在闭臂前腿抬起以后腿支持身体直立的次数。
7、中央区域活动:中央区域指的是开臂和闭臂链接交叉的区域,实验动物在这个区域内的活动路程和滞留时间。
注意事项
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高架十字迷宫通常被用来进行焦虑相关研究
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高架十字迷宫拥有对称的开阔臂跟封闭臂,彼此以90度夹角
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主要记录动物对于开阔臂与封闭臂的偏好相关数据
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较不焦虑(或是施以抗焦虑药品)的动物会进行较多次的开阔臂探索,且较不易产生焦虑行为
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有焦虑症状(或是施以焦虑促进���品)的动物会减少探索开阔臂的次数与频率,且易产生焦虑行为并偏好待在封闭臂
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高架十字迷宫很适合使用者改装并加入想研究的元素
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不同品系的动物对高架十字迷宫会有不同的反应,设计实验时需特别注意
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经过多次的验证,训练阶段会让动物熟悉环境,大大降低实验阶段探索的频率,动物很有可能在实验一开始就躲在它熟悉的角落休息,因此在新的实验流程中,进行高架十字迷宫实验是不需要训练的。