一种实验动物焦虑三联复合行为检测装置

1.本发明涉及生物相关产业技术领域，具体涉及一种实验动物焦虑三联复合行为检测装置。


背景技术：

2.旷场实验又称敞箱实验,是评价啮齿类实验动物运动能力和情绪状态(焦虑、抑郁等)的经典行为学方法，同时也是评价实验动物在新异环境中自主行为、探究行为与紧张度的一种方法。该方法被广泛应用于康复医学、老年医学、精神病学、神经科学和药理学等的基础研究。以实验动物在新奇环境之中某些行为的发生频率和持续时间等反应实验动物在陌生环境中的自主行为与探究行为，以粪便数量反应其紧张度。比如常用的观察指标有动物在中央区停留时间和次数、站立次数、修饰次数、运动速度、运动距离、休息时间等。
3.高架十字迷宫是利用动物对新异环境的探究特性和对高悬敞开臂的恐惧形成矛盾冲突行为来考察动物的焦虑状态。高架十字迷宫具有一对开臂和一对闭臂，啮齿类动物由于嗜暗性会倾向于在闭臂中活动，但出于好奇心和探究性又会在开臂中活动，在面对新奇刺激时，动物同时产生探究的冲动与恐惧，这就造成了探究与回避的冲突行为，从而产生焦虑心理。而抗焦虑药物能明显增加进入开臂的次数与时间，十字迷宫距离地面较高，相当于人站在峭壁上，使实验对象产生恐惧和不安心理。高架十字迷宫被广泛应用于新药开发筛选/评价、药理学、毒理学、预防医学、神经生物学、动物心理学及行为生物学等多个学科的科学研究和计算机辅助教学等领域，是开展行为学研究尤其是焦虑抑郁研究的经典实验。
4.明暗箱实验是一种使用较为广泛的行为学检测方法，用来筛选和评价抗焦虑药物的活性，同时也可用于焦虑症病理机制的研究。因明暗箱实验具有操作简单且不需要事先训练动物的优点，已经成为经典的评价啮齿类动物状态性焦虑和特质性焦虑行为学方法。明暗箱利用啮齿类动物喜欢探究新奇环境，但又因厌恶明室中亮光而被迫退却，由此形成矛盾冲突状态，使穿箱次数减少。抗焦虑药物可显著增加鼠的穿箱次数以及在明室时间。
5.最常见的解决方案是使用一系列不同的实验测试，然而随着测试增加必然降低实验的准确性——在一个测试中的实验可能在随后的测试中有影响(通常是抑制行为)，重复测试还会产生环境厌恶。最终导致：在一个设备中表现出高水平的焦虑样行为的小鼠表现出不同设备中的低焦虑行为，实验者将永远无法估计或消除这种不一致的因素。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种实验动物焦虑三联复合行为检测装置，通过该装置可对三种不同的行为实验同步测量，可最小化个体情绪波动的影响，避免不同装置之间分开测量导致的焦虑行为降低、测量数据缺乏可参考性的缺陷，同时也减少了动物成本和时间成本。通过实验数据证实，本发明的效果优于传统的行为学测试，可将其作为替代原有行为学实验的测试方式进行推广。
7.为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
8.一种实验动物焦虑三联复合行为检测装置，包括底座、旷场箱、高架迷宫、明暗箱及支架，所述的底座上表面固定连接有支架，所述的支架的顶端从左到右依次固定连接有旷场箱、高架迷宫及明暗箱，所述的旷场箱、高架迷宫及明暗箱依次相互连接，并分别通过第一通道、第二通道连通，所述的支架分别隐蔽在旷场箱、高架迷宫、明暗箱的下方。
9.优选的，所述的旷场箱为顶端敞口的箱体结构，在箱底的上表面由横竖交叉的线条分隔成1个中央区和8个外周区；所述的明暗箱从左到右依次包括相互贴合并固定连接的暗箱和明箱，所述的暗箱及明箱均为密闭结构，且暗箱与明箱之间通过第三通道连通，所述的第三通道贯通暗箱与明箱相连接的侧壁底部，所述的暗箱朝向高架迷宫一侧的侧壁底部设有第二通道，并通过第二通道与高架迷宫连通；所述的旷场箱朝向高架迷宫一侧的侧壁底部设有第一通道，并通过第一通道与高架迷宫连通。
10.优选的，所述的暗箱内壁涂成黑色，内置红色的照明灯，所述的明箱的内壁涂成白色，内置白色的照明灯。
11.优选的，所述的高架迷宫为十字形高架迷宫，包括沿左右方向设置的第一悬臂以及沿前后方向设置并与第一悬臂构成十字形结构的第二悬臂，所述的第一悬臂的截面为凹槽型结构，所述的第二悬臂的截面为方形结构，在第一悬臂与第二悬臂交叉连接的中心位置设有平台。
12.优选的，所述的高架迷宫为水平设置的圆形迷宫，所述的圆形迷宫的左右端分别设有第一凹槽段，在2个第一凹槽段的相对端之间分别设有第一平台段，2个第一凹槽段分别与旷场箱及明暗箱连通。
13.优选的，所述的高架迷宫为一字型迷宫，包括位于两端的第二凹槽段及连接于2个第二凹槽段之间的第二平台段，2个第二凹槽段分别与旷场箱及明暗箱连通。
14.优选的，所述的底座与支架之间；支架分别与旷场箱、明暗箱、高架迷宫之间；高架迷宫与明暗箱、旷场箱之间均分别通过螺栓可拆卸固定连接。
15.本发明一种实验动物焦虑三联复合行为检测装置的有益效果为：
16.本发明可对三种不同的行为实验同步测量，可最小化实验动物个体情绪波动的影响，避免不同装置之间分开测量导致的焦虑行为降低、测量数据缺乏可参考性的缺陷，同时也减少了动物成本和时间成本。通过实验数据证实，本发明的效果优于传统的行为学测试，可将其作为替代原有行为学实验的测试方式进行推广。
附图说明
17.图1：本发明的正面结构示意图；
18.图2：本发明的俯视结构示意图；
19.图3、本发明俯视方向的局部剖视图；
20.图4、本发明设有圆形高架迷宫的俯视结构示意图；
21.图5、本发明设有一字形高架迷宫的俯视结构示意图；
22.图6、本发明与传统旷场箱的旷场实验中的总路程实验数据对比图；
23.图7、本发明与传统旷场箱的旷场实验中的中央区路程数据对比图；
24.图8、本发明与传统旷场箱的旷场实验中的中央区进入次数数据对比图；
25.图9、本发明与传统高架十字迷宫实验中的开放臂进入次数百分比数据对比图；
26.图10、本发明与传统高架十字迷宫实验中的开放臂停留时间百分比数据对比图；
27.图11、本发明与传统明暗箱实验中的明区路程数据对比图；
28.图12、本发明与传统明暗箱实验中的明区停留时间数据对比图；
29.1、底座；2、支架；3、旷场箱；3-1、中央区；3-2、外周区；4、十字形高架迷宫；4-1、第一悬臂；4-2、第二悬臂；4-3、平台；5、暗箱；6、明箱；7、第一通道；8、第二通道；9、第三通道；10、第一凹槽段；11、第一平台段；12、第二凹槽段；13、第二平台段。
具体实施方式
30.实施例1、
31.一种实验动物焦虑三联复合行为检测装置，如图1-3所示，包括底座1、旷场箱3、高架迷宫、明暗箱及支架2，所述的底座1上表面固定连接有支架2，所述的支架2的顶端从左到右依次固定连接有旷场箱3、高架迷宫及明暗箱，所述的旷场箱3、高架迷宫及明暗箱依次相互连接，并分别通过第一通道7、第二通道8连通，所述的支架2分别隐蔽在旷场箱3、高架迷宫、明暗箱的下方，避免实验动物攀爬支架逃走，同时使高架迷宫悬空指定高度(图中支架仅为示意，支架可为满足上述条件的各类支架)。
32.如图1-3所示，所述的旷场箱3为顶端敞口的箱体结构，在箱底的上表面由横竖交叉的线条分隔成1个中央区3-1和8个外周区3-2；所述的明暗箱从左到右依次包括相互贴合并固定连接的暗箱5和明箱6，所述的暗箱及明箱均为密闭结构，且暗箱与明箱之间通过第三通道9连通，所述的第三通道9贯通暗箱与明箱相连接的侧壁底部，所述的暗箱朝向高架迷宫一侧的侧壁底部设有第二通道8，并通过第二通道8与高架迷宫连通；所述的旷场箱3朝向高架迷宫一侧的侧壁底部设有第一通道7，并通过第一通道7与高架迷宫连通。
33.如图1-3所示，所述的暗箱5内壁涂成黑色，内置红色的照明灯，所述的明箱6的内壁涂成白色，内置白色的照明灯。
34.本实施例为本发明最基本的实施方式，通过将三种行为实验装置集合在一起，可进行焦虑三联实验，从而克服了传统实验方法中分别单独进行实验导致的实验动物焦虑行为降低、实验数据不可靠的缺陷。
35.实施例2、
36.在实施例1的基础上，本实施例进一步改进为：
37.如图1-3所示，所述的高架迷宫为十字形高架迷宫，包括沿左右方向设置的第一悬臂4-1以及沿前后方向设置并与第一悬臂构成十字形结构的第二悬臂4-2，所述的第一悬臂4-1的截面为凹槽型结构，即实验动物处于两侧封闭的环境，所述的第二悬臂的截面为方形结构，即在第二悬臂上表面的实验动物面临着两侧敞开的环境，在第一悬臂与第二悬臂交叉连接的中心位置设有平台4-3，可供实验动物选择探索的方向。
38.实施例3、
39.在实施例1的基础上，本实施例进一步改进为：
40.如图4所示，所述的高架迷宫为水平设置的圆形迷宫，所述的圆形迷宫的左右端分别设有第一凹槽段10，在2个第一凹槽段10的相对端之间分别设有第一平台段11，2个第一凹槽段10分别与旷场箱3及明暗箱连通。
41.本实施例中，第一凹槽段10的截面结构同第一悬臂4-1；第一平台段11的截面结构同第二悬臂4-2，实验动物可以选择爬上第一平台段11或停留在第一凹槽段10内。
42.实施例4、
43.在实施例1的基础上，本实施例进一步改进为：
44.如图5所示，所述的高架迷宫为一字型迷宫，包括位于两端的第二凹槽段12及连接于2个第二凹槽段12之间的第二平台段13，2个第二凹槽段12分别与旷场箱及明暗箱连通。
45.本实施例中，第二凹槽段12的截面结构同第一悬臂4-1；第二平台段13的截面结构同第二悬臂4-2，实验动物可以选择爬上第二平台段13或停留在第二凹槽段12内。
46.实施例5、
47.在以上实施例的基础上，本实施例进一步改进为：
48.如图1-5所示，所述的底座1与支架2之间；支架2分别与旷场箱、明暗箱、高架迷宫之间；高架迷宫与明暗箱、旷场箱之间均分别通过螺栓可拆卸固定连接，从而方便收纳运输。
49.实验例：
50.药效学评价
51.1.实验动物：
52.144只雄性c57bl/6j小鼠(以下简称c57)，体质量20
±
2g，适应性饲养7天后，每组12只，按照随机区组设计方法(根据体质量和运动总路程)分为2批，第一批分为：正常对照组(36只)和阳性药组(36只)。第二批分为：正常对照组(36只)和阳性药物组(36只)。
53.144只雄性昆明小鼠(以下简称km)，体质量20
±
2g，适应性饲养7天后，每组12只，按照随机区组设计方法(根据体质量和运动总路程)分为2批，第一批分为：正常对照组(36只)和阳性药组(36只)。第二批分为：正常对照组(36只)和阳性药物组(36只)。
54.2.给药：
55.正常组灌纯净水，阳性药物组灌胃地西泮2mg/kg，小鼠灌胃给药量10ml/kg。每天上午固定时间(9:00)对小鼠实施灌胃，给药持续7天。最后一次灌胃后1h，采用小鼠旷场、高架十字迷宫、明暗箱装置及supermaze软件测定小鼠的行为表现。
56.3.实验方法：
57.第一批小鼠对照组和阳性药组再分别分为3小组，分别用于旷场、高架十字迷宫和明暗箱测试。
58.旷场实验于传统旷场箱进行，底面等分成个正方形，正中间区域为中央区，剩余区域为外周区。旷场箱底部和四周全部为白色。实验于安静的弱红光环境下进行，开始时把小鼠放于旷场箱中央，观察5min内的活动情况。记录小鼠的运动总路程、中央区运动路程、中央区进入次数。
59.高架十字迷宫实验于传统高架十字迷宫实验装置进行，将小鼠头部面对任意开放臂(相当于第二悬臂4-2)方向，放在高架十字迷宫交叉的中央区域(相当于平台4-3)，通过摄像头进行录像，记录小鼠5min内运动轨迹，同时分析相关行为指标。主要记录以下相关指标：进入开放臂时间(ot)、进入开放臂次数(oe)、进入封闭臂(相当于第一悬臂4-1)时间(ct)、进入封闭臂次数(ce)。计算出oe％和ot％。计算方法如下：oe％＝oe/(oe ce)
×
100％，ot％＝ot/(ot ct)
×
100％。
60.明暗箱实验于传统明暗箱实验装置内进行，开始时每只小鼠面向隔墙放入明区中央，抽走中隔板间插门(相当于打开第三通道)。动物四个爪子进入隔间一次即记作一次进入。由计算机记录小鼠的5min内运动轨迹，以进入运动总路程(total distance)、明区停留时间(time in the light area)、明区进入次数(entries in the light area)、明区路程(distance in the light area)以此作为运动和焦虑的指标。
61.第二批小鼠使用自制焦虑三联复合行为检测装置测试。
62.将小鼠置于焦虑三联复合行为检测装置的旷场中央，记录15分钟试验期间小鼠的行为变化。
63.自制焦虑三联复合行为检测装置参数如下(小鼠实验系统为例)：旷场箱长50cm，宽50cm，深50cm，旷场箱底面等分成9个正方形，正中间区域为中央区，剩余区域为外周区，旷场箱底部和四周全部为白色。高架十字迷宫包括2个长35cm，宽6cm，高20cm的相对的开放臂和2个长35cm，宽6cm，高20cm的相对的封闭臂，封闭臂上部敞开(截面为凹槽型结构)，开放臂两侧敞开(截面为方形结构)，开放臂与封闭臂之间中央有一个长5cm、宽5cm的相对开阔部(即平台4-3)。明暗箱由一个整体箱体被分隔为两个相同尺寸，长25cm，宽25cm，深30cm的隔间组成，明区底部和四周全部为白色，暗区底部为白色和四周为黑色，中间插门长6.5cm，宽6.5cm，明区由白色灯光照明，暗区由红色灯光照明。
64.旷场箱、高架十字迷宫、明暗箱三者箱体水平相连接，连接处开有长5cm、宽5cm的通道，供小鼠自由穿行。
65.4.统计方法
66.数据采用graphpad prism 8.02软件(graphpad software,inc.,san diego,california,usa)进行分析。所有组别测试进行参数检验前数据进行了正态性检验(kolmogorov-smirnov检验)和方差齐性检验(levene检验)。应用单因素方差分析，检验水准设定为p《0.05。
67.5.实验结果
68.旷场实验中的总路程反应动物的运动能力，统计结果如图6所示，结果显示两者无显著性差异，但焦虑三联复合行为检测装置采集到的总路程多于传统旷场实验装置，可能更能准确反映动物的运动能力。
69.旷场实验中央区路程反应动物的抑郁/焦虑样行为，停留时间越短表明动物越抑郁/焦虑(更喜欢在周围区域活动)，统计结果如图7所示，结果显示两者存在显著性差异，焦虑三联复合行为检测装置采集到的旷场中央区路程数据优于传统旷场实验装置，c57小鼠和km小鼠结果一致。
70.旷场实验中央区进入次数反应动物的抑郁/焦虑样行为，进入次数越少表明动物越抑郁/焦虑(更喜欢在周围区域活动)，统计结果如图8所示，结果显示两者存在显著性差异，焦虑三联复合行为检测装置采集到的旷场中央区进入次数数据优于传统旷场实验装置，c57小鼠和km小鼠结果一致。
71.高架十字迷宫实验进入开放臂时间百分比(ot％)和进入开放臂次数(oe％)，反应动物的抑郁/焦虑样行为，百分比越小表明动物越抑郁/焦虑(更喜欢在封闭区域活动)，统计结果如图9、10所示，所示，结果显示两者存在显著性差异，焦虑三联复合行为检测装置采集到的高架十字迷宫实验数据优于传统高架十字迷宫装置，c57小鼠和km小鼠结果一致。
72.明暗箱实验明区路程和进入时间反应动物的抑郁/焦虑样行为，路程和时间越小表明动物越抑郁/焦虑(更喜欢在黑暗区域活动)，统计结果如图11、12所示，结果显示两者存在显著性差异，焦虑三联复合行为检测装置采集到的明暗箱明区路程和进入时间实验数据优于传统明暗箱装置，c57小鼠和km小鼠结果一致。
73.在焦虑三联复合行为检测装置中进行15分钟试验期间，c57和km小鼠的行为具体体现如图6-12所示：旷场总路程行为表现如图6，旷场中央区路程行为表现如图7，旷场中央区进入次数行为表现如图8，高架十字迷宫开放臂进入次数和时间百分比如图9、10，明暗箱明区进入路程如图11，明暗箱明区停留时间如图12。
74.以上实验数据证实：一种实验动物焦虑三联复合行为检测装置，其效果优于传统行为学测试，通过提供来自三个不同设备的同步测量，三重测试提供了更广泛的措施，实验数据更加真实、客观，从而产生较少的特质结果，值得推广应用。
75.此处的同步测量是指小鼠可自由穿行于三个设备中，在此同时采集行为数据。