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脑声常谈:浅析常见的用于评估啮齿动物视觉能力的行为学设备及测
时间:2022-09-13 02:24:51 作者:leyu乐鱼体育 来源:leyu乐鱼体育平台入口

  视觉是人类获取外界信息的主要通道,对人类的生活、工作有重要的意义。预防视觉系统下降( 或损伤) 、消除可避免的眼盲是眼科领域的主要任务和我国人类健康的奋斗目标之一。视觉功能的改善或恢复是视觉系统疾病临床治疗的最重要指标,因此视觉功能检查在眼科有特殊的意义。而人类疾病动物模型是基础研究向临床转化的关键环节,在动物实验研究过程中,动物视觉功能的检测同样也是非常重要的指标。

  视觉水箱用于研究啮齿动物在视觉刺激下的学习和记忆行为。它由一个梯形池组成,该池在一端部分分开,形成两个臂。在每条手臂的末端,放置一个显示视觉刺激的电脑显示器。

  视觉系统已被广泛用作研究不同大脑功能的模型。行为任务可以理解视觉系统与其他大脑系统的相互作用,并且可以定量测量视觉能力。视觉水箱依靠啮齿动物的视觉系统,并利用它们的自然倾向,通过提供一个隐藏的平台来逃离水。动物的任务是将视觉提示与正确的手臂相关联,以便到达平台。

  视觉水箱可用于使用不同的实验方案评估啮齿动物的不同学习行为。此外,视觉水箱还可用于评估疾病和障碍、脑损伤和药理操作对学习和记忆的影响。

  视觉水箱是一个长140厘米、深40厘米的梯形水池。水池的窄端配备了一个35厘米 x 7 厘米 x 20 厘米的释放槽。游泳池较宽的一端由一个 41 厘米长和 40 厘米高的不透明中线分隔器分隔。每一半都配备一个43.2厘米的计算机控制显示器。该设备还配有一个 37 cm x 13 cm x 14 cm 的逃生平台,用作隐藏平台。

  视觉反射测试法是通过模型动物的自发反射现象来测试小鼠的视力。根据生物体内不同的反射现象,设计不同的测试实验。与学习任务测试法相比,视觉反射测试法不需要对模型动物进行特殊训练。更重要的是,由于反射在生物体内是自然的,并且反射是独立的,并且是非常快速和特殊模式的,因此视觉反射测试方法可以根据模型动物中的自主反射现象,在短时间内方便地检测模型动物的视觉变化。

  小动物视觉检测系统(OptoTrack visual detection system)又称小动物视动反应分析系统,由上海欣软信息科技有限公司研发,通过四个屏幕建立虚拟刺激空间,动物站在盒子中间的平台上。系统实时跟踪动物头部相对于给定视觉刺激的运动,自动客观量化OMR检测结果。啮齿类动物视网膜的解剖结构没有中央凹黄斑,因此它们锁定所见目标的能力非常有限,容易引起啮齿类动物的补偿性眼球运动或头部运动。

  视觉刺激引起的视觉运动反应(OMR)可用于检测动物视觉系统的功能。而且实验者不需要经过专门培训就可以进行实验,数据的自动记录和分析可以节省大量的时间和成本。

  视觉辨别室是一种非空间设备,用于研究啮齿动物的辨别学习和决策能力。该任务利用基于奖励与视觉线索关联的强化学习,而不是使用空间策略。因此,任务不一定依赖海马体。

  在面临两种途径选择的啮齿动物中,经常观察到被称为替代试验和错误 (VTE) 的左右头部运动。这种行为与歧视学习中的犹豫或选择冲突有关,并且与学习效率有关。使用Y-Maze 任务对 VTE 行为的研究表明,大鼠表现出的 VTE 越多,在视觉辨别任务中的表现就越好。研究还表明海马体在观察到的 VTE 行为中可能发挥作用。视觉辨别室的非空间设置消除了对空间学习的需求,并且完全专注于选择。

  视觉辨别室由可排列成 L 形或 T 形的室组成。在任何一种形式中,一个盒子作为起始盒子,并在每个连接侧都有通往选择盒子的入口。传统的 L 形装置的难度等级可以通过在编队中添加另一个选择框来提高。该设备配有不同颜色的窗帘,覆盖每个选择框的入口通道。

  虚拟鉴别室由三个排列成 L 形的盒子组成,每个盒子的高度为 52 厘米,宽度为 49 厘米。中央盒子用作起始盒子,并在侧壁上有通往选择盒子的入口。入口处覆盖着不同颜色的窗帘(黑色、白色或灰色),作为任务中的视觉提示。通过添加一个形成 T 形结构的选择框,该设备可以定制为具有三种选择。每个选择框都配有一个食物杯来存放奖励。

  Visual Cliff 由康奈尔大学的 Eleanor J. Gibson 和 Richard D. Walk ( Gibson & Walk , 1960)创建并用于深度感知实验。在他们的实验中,吉布森和沃克通过创造一个假悬崖来评估人类和动物物种的立体视觉。他们得出结论,深度知觉是与生俱来的习得行为。他们对人类婴儿的视觉深度评估实验成为最受欢迎的发育心理学实验之一。

  Gibson 和 Walk 使用的 Visual Cliff 的初始设计是一块坚固的有机玻璃板,支撑在离地面大约一英尺的地方。板的一端有一张高对比度的格子图案墙纸,压在它下面以形成浅端。剩余的表面在其下方的地板上铺设了相同的壁纸,以营造悬崖的错觉。从那时起,该设备在结构上得到了进一步的改进。

  Visual Cliff 测试装置是一个单腔透明有机玻璃盒。腔室的尺寸为 82 x 82 x 25 厘米。盒子的定位方式是它部分地从支撑表面的边缘伸出。为了产生深度错觉,与支撑表面接触的地板部分衬有图案纸(通常为方格图案),并将相同的纸放在地板上,通常在悬垂部分下方 1 到 2 英尺处仪器。

  Visual X Maze ( ViS4M)用于研究啮齿动物的视觉敏感性。它是一种X形装置,可以配备发光二极管 (LED) 来研究色觉,也可以配备不同颜色的物体来研究啮齿动物的对比视觉。

  视觉能力的评估是评估视力障碍的一个重要因素。视觉障碍,特别是与淀粉样斑块沉积相关的视觉障碍,也可能表明阿尔茨海默病等疾病的发展。视力缺陷,尤其是颜色和对比敏感度受损是常见症状。Visual X Maze 允许评估啮齿动物的色觉和对比视觉,可用作研究与阿尔茨海默病相关的视觉障碍的转化工具。在色觉测试期间,迷宫配备了 LED,在迷宫的每个臂中发出红色、绿色、蓝色或白色光。测试对象先天的探索行为,可以观察到迷宫各臂之间的自发交替和过渡,这有助于表明颜色偏好和颜色辨别。此外,还可以使用不同的光强度来观察它们如何影响受试者的探索行为。

  在对比视觉测试中,使用不同颜色的相同物体代替 LED。这些物体被放置在迷宫每条臂的中间,并与装置的黑色墙壁和白色地板形成对比。除了评估啮齿动物的视觉能力外,Visual X Maze 还允许通过观察迷宫手臂之间的重新访问来评估啮齿动物的认知功能,以评估学习和记忆行为。

  Visual X 迷宫(ViS4M)是一种“X”形装置,由黑色丙烯酸壁组成,附在玻璃或丙烯酸底座上。迷宫的每条臂长 45 厘米,宽 10 厘米,高 15 厘米,并配有带穿孔的透明天花板盖。在迷宫的每个臂中,可以使用轨道支架插入可拆卸的透明和半透明白色地板。

  在每个地板下方,小型丙烯酸轨道支架连接到允许插入地板的设备壁上。设备随附的地板包括四块透明地板和四块半透明白色地板。在迷宫的每个臂中,可以将发光二极管 (LED) 光源直接插入底座。每个 LED 光源由 40 个小 LED 条组成,排列成四行,并连接到调光器低压变压器。LED 光源提供单一波长 λ 的彩色光(一个红色光源 λ ~628;一个绿色光源 λ ~517;一个蓝色光源 λ ~452nm)或混合 λ(~441 和 553 一个白色光源),并且可以由单独的远程设备控制。

  修改后的 Y-Maze 采用传统Y-Maze的主要设计,为受试者提供单一决策点。与其他空间认知测试设备不同,例如Morris Water Maze或Radial Arm Maze,改进后的 Y-Maze 任务本质上是纯视觉的,因此可以对认知进行精细评估。

  改进后的 Y-Maze 通常用于啮齿类动物的物体识别和感知异常判断的评估。迷宫的设计确保了空间和上下文混淆的最小化,并鼓励受试者更多地探索刺激而不是环境。修改后的 Y-Maze 任务通常分三个阶段执行,样本、延迟和选择阶段的组合根据调查而变化。样本阶段通常用于将受试者引入双臂中相同的对象刺激,然后可以在另一个样本阶段之后使用一对新的相同刺激或选择阶段。选择阶段将一个臂中的样本阶段对象与另一臂中的新对象配对。这种配对允许评估对新颖性的偏好,这可以作为对象识别的衡量标准。更远,选择阶段也可以使用来自每个样本阶段的对象来评估受试者的新近记忆。样品阶段和选择阶段之间的延迟通常是通过将受试者放置在单独的保持区域中来引入的。然而,通过在目标臂中包含一系列断头台门来分离刺激,也可以在最小或没有延迟的情况下执行任务。

  修改后的 Y-Maze 装置允许使用 2D 视觉提示卡和 3D 对象,只需对球门臂中的后壁进行简单修改。用于容纳 2D 刺激物的后壁带有一个沟槽,鼓励探索整个视觉提示卡。此外,该设备还带有一个带盖的启动箱,该启动箱通过自动门与启动臂隔开。

  Y-Maze 由一个起始框、一个起始臂和两个目标臂组成。起始盒长 20 厘米,宽 10 厘米,由不透明的盖子覆盖。启动箱与启动臂通过放置在距设备中心 10 厘米处的闸门隔开。起始臂分叉成两个目标(对象)臂,每个臂长 23 厘米,允许放置对象刺激。迷宫的三个臂以 120° 的角度分开,并被 40 厘米高的不透明墙包围,以防止视觉进入外部线索或爬出。球门臂的后壁可以更换以支持视觉提示卡。替换墙有一个 6 厘米深的底部间隙,用于在距间隙边缘 4 厘米的距离处放置刺激提示卡。这促进了探索并鼓励受试动物也查看提示卡的底部。

  后续我们将针对每个评估视觉能力的行为学实验测试方法进行详细的讲解,欢迎关注我们!

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