分享

斑马鱼行为篇(122):斑马鱼学习相关范式

 脑声常谈 2025-03-30 发布于上海

斑马鱼已迅速成为研究脊椎动物神经发育分子基础的重要模型。斑马鱼透明的卵膜使得可以对其神经解剖结构进行连续观察;它们发育迅速且易于进行基因分析,这使得斑马鱼成为研究神经发育分子机制的绝佳模型系统。

(1)水生版的T型迷宫,这是一种操作性任务,用于研究包括注意力、记忆力和强化作用等方面的辨别问题。就鱼类而言,T型迷宫已被用于研究斑马鱼的颜色辨别能力、导航问题(例如在金鱼中),以及基因操作对栖息地选择的影响。

(2)旋转鼓装置被用于研究反射性逃避行为(视动性反射测试的一种变体)。在这个测试中,一条典型的鱼会通过躲在中心杆(b)后面来逃避旋转的带子(a),这是一种由视觉引导的逃避趋向行为。

(3)一个用于研究新奇引发的探索行为的装置。将一条鱼放入水箱中,它会通过门(c)游到升高的平台上,去探索一个小的、浸没在水中的刺激物(d),比如一颗彩色珠子;探索行为表现出对熟悉刺激的习惯化,以及在引入新刺激时习惯化的消失。

(4)描绘了一种水生版的位置偏好程序,用于测量条件性的愉悦刺激。在这个测试中,实验对象首先在水箱两个不同区域(e和f)中的一个区域接触一种非条件刺激,例如可卡因,然后在隔板打开后,对其进行偏好测试。    

四种用于研究斑马鱼学习与记忆的实验装置

巴甫洛夫条件反射

斑马鱼在多个实验中都表现出了巴甫洛夫式学习能力。测试装置由一个被隔板分隔成两个不同区域的水箱组成。在训练阶段,隔板是密封的,一条斑马鱼会在其中一个区域接触可卡因。在随后的偏好测试中,斑马鱼表现出愉悦性条件反射效应,它们会靠近并停留在之前接触过可卡因的区域。

一些关于斑马鱼的研究使用了穿梭箱程序,在该程序中,斑马鱼学会通过游向细长水箱的另一侧来躲避厌恶的条件刺激。斑马鱼联想性学习的最早证明之一是使用电击消除程序来强化斑马鱼远离电击信号的游泳行为。最近,有研究使用穿梭箱和逃避电击的方法来研究细胞粘附分子在记忆巩固中的作用。从技术层面讲,这些程序中的游泳行为类似于操作性反应(巴甫洛夫条件反射过程涉及将条件刺激与电击配对)。然而,如果不进行额外的研究,很难说这种“逃避”游泳行为本质上是引发的还是操作性的。这种模糊性也出现在愉悦性程序中,例如在食物强化的T型迷宫辨别任务中。

有研究通过将吗啉和警报物质(受惊或受伤的鱼分泌的一种化学物质)配对,证明了恐惧的巴甫洛夫条件反射,随后仅用吗啉就引发了条件性恐惧。后来通过表明条件性警报反应也可以通过感觉性条件反射和二级条件反射在刺激之间转移,证实了它们的学习具有巴甫洛夫条件反射的性质。    

斑马鱼操作性条件反射与迷宫

关于斑马鱼行为研究的最早例子是迷宫学习研究,在该研究中,通过引发阳极趋电性反射来训练斑马鱼在左右迷宫中行进,并接近黑色或白色的刺激物,该程序实施起来有些困难。通过在T型迷宫的每个分支末端放置不同颜色的刺激物(绿色与紫色,红色与蓝色),并只在一个分支处喂食斑马鱼,从而训练斑马鱼进行颜色辨别。

三室迷宫是由Arthur和Levin开发用于评估斑马鱼的学习和记忆能力。三室迷宫可以被看作是T型迷宫的简化版本,但在这个迷宫中,错误会带来厌恶的后果。起始区域是中间的“起始室”,在这个中央起始区域的两侧各有一扇垂直滑动门,通向左右两个选择区域。在试验开始时,将斑马鱼放入起始室,并让它在里面短暂活动。在选择阶段,通向左右选择室的垂直滑动门会打开,让斑马鱼有时间游向其中一个选择室;如果它一直停留在起始室,就会在室内挥动鱼网(一种“威胁性刺激”),直到它做出选择。做出选择后,两扇垂直滑动门都会关闭。如果选择正确(即游向目标一侧),斑马鱼可以在里面短暂游动;如果选择错误,滑动隔板会移动到“限制位置”并保持一段时间。这个程序会重复固定次数的试验。三室穿梭迷宫的因变量测量指标包括逃离起始室的潜伏期和正确选择的次数。对该迷宫的初步测试表明,斑马鱼可以被训练朝着特定方向转弯(空间学习),或者接近特定颜色的刺激物,而不考虑其位置(非空间学习)。    

使用三室穿梭迷宫评估斑马鱼的学习和记忆能力

使用三室穿梭迷宫评估斑马鱼的学习和记忆能力。试验从斑马鱼位于“起始室”开始;在选择阶段,两扇垂直滑动门都会打开。


往期推荐



斑马鱼行为篇(105):斑马鱼胚胎在化妆品评价中应用

斑马鱼行为篇(106):斑马鱼水体分布实验

斑马鱼行为篇(107):斑马鱼放射性脑损伤模型

斑马鱼行为篇(108):斑马鱼血栓模型

斑马鱼行为篇(109):斑马鱼外周运动神经元损伤模型

斑马鱼行为篇(110):斑马鱼在条件反射活动中的决策反应测试

斑马鱼行为篇(111):斑马鱼新物体识别测试

斑马鱼行为篇(112):斑马鱼抑制性避免测试

斑马鱼行为篇(113):斑马鱼昼夜节律测试

斑马鱼行为篇(114):斑马鱼癫痫模型

斑马鱼行为篇(115):斑马鱼自动化系统检测简单条件反射和复杂条件反射

斑马鱼行为篇(116):斑马鱼在失眠中的研究

斑马鱼行为篇(117):斑马鱼用于高通量毒性测试

斑马鱼行为篇(118):斑马鱼在自闭症研究中应用

斑马鱼行为篇(119):斑马鱼雌性繁殖偏好测试

斑马鱼行为篇(120):斑马鱼三选一序列反应时任务

斑马鱼行为篇(121):斑马鱼重复社交挫败范式

参考文献: 

1、Brookshire KH, Hognander OC. Conditioned fear in the fish. Psychological Reports. 1968;22:75–81. 
2、Pinckney GA. Avoidance learning in fish as a function of prior fear conditioning. Psychological Reports. 1967;20:71–74. 
3、Fetcho JR, Liu KS. Zebrafish as a model system for studying neuronal circuits and behavior. Annals of the New York Academy of Sciences. 1998;860:333–345. 
4、Penberthy WT, Shafizadeh E, Lin S. The zebrafish as a model for human disease. Frontiers in Bioscience. 2002;7:D1439–D1453.     
5、Streisinger G, Walker C, Dower N, Knauber D, Singer F. Production of clones of homozygous diploid zebra fish (Brachydanio rerio). Nature. 1981;291:293–296. 
6、Schier AF. Genetics of neural development in zebrafish. Current Opinion in Neurobiology. 1997;7(1):119–126. 
7、Anichtchik OV, Kaslin J, Peitsaro N, Scheinin M, Panula P. Neuro-chemical and behavioural changes in zebrafish Danio rerio after systemic administration of 6-hydroxydopamine and 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine. Journal of Neurochemistry. 2004;88(2):443–453. 
8、Arthur D, Levin ED. Spatial and non-spatial discrimination learning in zebrafish. Animal Cognition. 2001;4:125–131.
9、Hall D, Suboski MD. Visual and olfactory stimuli in learned release of alarm reactions by zebra danio fish (Brachydanio rerio). Neurobiology of Learning & Memory. 1995;63(3):229–240. 
10、Hall D, Suboski MD. Sensory preconditioning and second-order conditioning of alarm reactions in zebra danio fish (Brachydanio rerio). Journal of Comparative Psychology. 1995;109(1):76–84.
11、Williams FE, White D, Messer WS. A simple spatial alternation task for assessing memory function in zebrafish. Behavioural Processes. 2002;58(3):125–132. 
12、Williams FE, Messer WS Jr. Memory function and muscarinic receptors in zebrafish. Society for Neuroscience Abstracts. 1998;24(46):182.

13、Mueller T, Vernier P, Wullimann MF. The adult central nervous cholinergic system of a neurogenetic model animal, the zebrafish Danio rerio. Brain Research. 2004;1011(2):156–169.

14、Levin ED, Simon BB. Nicotinic acetylcholine involvement in cognitive function in animals. Psychopharmacology. 1998;138:217–230.    

15、Levin ED, Bencan Z, Cerutti DT. Anxiolytic effects of nicotine in zebrafish. Physiology and Behavior. 2007;90:54–58. 

16、Carvan MJ III, Loucks E, Weber DN, Williams FE. Ethanol effects on the developing zebrafish: Neurobehavior and skeletal morphogenesis. Neurotoxicology and Teratology. 2004;26(6):757–768. 

17、Levin ED, Limpuangthip J, Rachakonda T, Peterson M. Timing of nicotine effects on learning in zebrafish. Psychopharmacology. 2006;184:547–552.    

    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章