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研究案例及应用

动物社会等级——管支配实验(Tube Dominance Test)

社会等级制度是一种基本的自组织机制,受到大脑前额叶皮层(PFC)区域的积极调节,通过这种机制,群体成员保持相对的支配或从属地位,以决定对资源的获取。啮齿动物的兴奋性突触相对于其从属突触更加活跃。当优势小鼠的内侧前额叶皮层突触强度降低时,小鼠变得从属。

社会支配在操作上被定义为当个体之间存在不相容的动机优先级时,在社会冲突中始终获胜。在这个定义的基础上,在实验室环境中开发了基于空间利用的管支配测试。

它模拟了一种在野外很常见的路权类型的对抗,两只老鼠通过狭窄的管道向前走时,在管道中间相遇。因为试管一次只允许一只老鼠通过,这就产生了不相容的动机优先级,其中一只老鼠中必须给另一只让路,迫使对手离开的老鼠则被指定为“赢家”。

管支配性测试是一种行为测试,用于评估大鼠和小鼠等啮齿动物的社会支配性。

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应用

广泛用于神经科学研究,以研究药物、化学物质或其他操作对动物社会行为和优势的影响。这是一种简单、非侵入性且廉价的方法来评估动物种群中的优势关系。

也可以用来研究社会地位与各种行为之间的关系,如奖励动机、成瘾、学习和记忆、领土行为、社会互动和抑郁易感性。

最后,试管试验还被用于研究神经精神疾病(如精神分裂症、脆性X综合征、重度抑郁症和自闭症谱系障碍)小鼠模型中的社会支配地位。

实验特点

1.实验特性

这项测试兼具传递性、稳定性、与其他几种优势测试的一致性,以及可量化。

传递性:在95%的测试中(n=264),如果小鼠A击败小鼠B,小鼠B击败小鼠C,那么小A将击败小鼠C。

稳定性:在86%的测试中(n=162),任意两只小鼠连续2天保持其相对试管测试排名;在59%的测试中(n=216),任何四只小鼠在笼子中保持与前一天相同的排名。

一致性:管支配性试验中的优势小鼠在新笼子中表现出更多的竞争行为,产生更多的尿痕(尿液标记),并对雌性产生更多的超声波发声(主动求爱)。

可量化:除了整体的“输赢结果”,还可对过程中的表现进行量化分析,有自愿行为(如推启动)和应对反应(推回、抵抗和撤退)

2.实验优势

  • 操作简单。与基于进攻和防御行为评分或食物和水竞争的分析相比,试管测试使用简单的程序和评分,只需要简单的设备(塑料管)。

  • 该测试不涉及恶性攻击,并将身体伤害降到最低。

  • 试管测试结果具有鲁棒性和高渗透性:几乎每只小鼠都能获得试管测试等级。


3.局限性

  • 许多因素,如年龄、体重和基础应激水平,都会影响试管试验的结果。

  • 进行试管测试时压力的影响

  • 在突变或操纵的小鼠中,社会识别、社会记忆和运动方面的缺陷也会影响试管测试结果

设备构成

透明亚克力材质。

标准尺寸:30cm长,3cm内径(根据老鼠体型大小选择不同大小内径的管道),尺寸可定制。

管道分为三个区域,两端的起始区域以及中间区域,中间区域与左右两侧的起始区域之间有可移动隔门

管道上方可以预留一条狭缝,以便在试管测试过程中实时进行光遗传学操作或体内电生理记录或钙成像。

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实验设计

1.饲养环境

标准饲养笼,四只老鼠一笼,恒温环境,灯光均匀,12小时/12小时明暗循环(早上7点开灯/晚上7点关灯)。

2.习惯期(3天)

目的:减轻老鼠的压力和焦虑

如小鼠为临时采购,则需要将小鼠分组饲养,并在饲养笼中休息至少7天后开始习惯化处理。

步骤:将短的适应管放入饲养笼中,以使小鼠熟悉管,每天1-2分钟;同时实验人员在附近以使小鼠熟悉气味。

3.训练期(2天)

目的:使小鼠熟悉测试时的行为流程和环境,明白穿过管道后,管道另一端的结果。

步骤:每天10次训练,分别从管道的两侧入口进入,每侧5次,确保老鼠从入口进入后能按照管道方向向前走,并从对侧出口离开管道。

不要让老鼠停留在管道内部过长的时间,每只老鼠的总训练时间大约在每天10-15分钟。当小鼠后退或长时间停止移动时,可以使用工具(如塑料棒)轻触尾巴使其向前走。

可对小鼠训练时间进行计时,以便观察训练进展。

TIP:有实验在训练和测试阶段,动物进入管道前减少食物供给量,将动物的体重控制在正常体重的85%,并在出口侧放置用于奖励的食物引诱实验动物通过管道。但也有实验比较了有和没有食物剥夺和食物奖励的测试结果,发现传递性和稳定性没有实质性差异,可去掉食物剥夺和奖励的步骤,从而消除了食物奖励在行为结果中的干扰作用。

4.测试期(≥4天)

在设备前架好相机,调整方向和画面清晰度。打开视频录制软件或本公司的TOP系列分析软件进行录制。

测试前,再次训练每只老鼠从每一端穿过管子一次。

小鼠以成对方式进行对抗测试。将两只老鼠放入两侧对应的起始区域内,当两只老鼠均走到相应的隔板处时,同时移除两块隔板,使训练好的老鼠相向行走至中央区域并产生对抗。

对抗过程将会以一只老鼠将另一只老鼠赶出管道为结束标志(需四只脚均退出)。

循环顺序设计:假如将四只老鼠分别标记为A、B、C、D,则可以将顺序随机化为:

屏幕截图 2025-12-05 161519.png

四只小鼠实验结束后,即被放回饲养笼,一起休息2分钟,以减少最近一次输赢的潜在直接影响(如第一天AB、CD结束后休息,再开始BC、DA)。接着按循环顺序继续老鼠间的对抗测试。

5.结果分析

计数测试过程中,每天老鼠战胜的次数,按照次数多少对小鼠进行排名。当所有小鼠连续4天保持相同的排名时,认为排名稳定。(根据实验观察,连续4天排名稳定后第5天的排名大概率相同)

从开始到最后胜利,整个对抗过程的时间

逐帧分析测试过程中的特定行为,即起推、推回、抵抗、撤退(主动/被动)、静止的次数和时间。

屏幕截图 2025-12-05 161735.png

注意事项

  1. 根据体型选择合适内径的管道,要足以让老鼠通过,又不会使老鼠掉头或从对面老鼠的身上越过;如需增加实验行为事件,可相应延长整个管道的长度。

  2. 可用双面胶带将管道粘在实验台上,确保管道在测试过程中不会移动。

  3. 老鼠的年龄和体重应该匹配,确保差异性<15%;急性应激应该通过习惯化和训练程序最小化。

  4. 每次测试之间需用酒精或其他清洁剂清理管道,不留粪便、尿渍等干扰物以及额外的气味。

  5. 测试之前,动物需要得到好的处理和训练,尽量减少对老鼠的压力。从笼子转移到桌上时可以使用类勺子形状工具托起,避免直接拎尾巴;走出管道时也可以让它自由探索几分钟,以免老鼠把离开管子和被抓住联系在一起。

  6. 排名不稳定时可以适当延长测试天数,但持续3周仍没有明显排名时需考虑更换实验对象。

  7. 鉴于多因素影响实验结果,应同时进行别的优势测量方法(如暖斑测试、区域尿液标记或超声波求爱分析),综合多实验结果进行统筹分析。

实验范例

研究社会优势互动期间,各种行为活动与内侧前额页皮层神经活动或Ca2+瞬态的频率的相关性。

支配性可分为强、中、弱三级,每级对应发生的行为模式各不相同。

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