群居環(huán)境與獨(dú)居環(huán)境對(duì)小鼠壓力不同影響詳解

在一起更好還是分開更快樂？本文研究了居住環(huán)境對(duì)小鼠壓力的影響。
單獨(dú)飼養(yǎng)小鼠是否會(huì)影響動(dòng)物福利并降低實(shí)驗(yàn)有效性？布魯塞爾大學(xué)的研究人員（Buckinx 等人）使用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)對(duì)這一問題進(jìn)行了研究，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化 [1]。
 
小鼠飼養(yǎng)策略
研究表明，動(dòng)物福利是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要因素，它不僅能最大限度地減少動(dòng)物受試者的壓力，還能確保以這種方式獲得的科學(xué)結(jié)果的有效性 [2，3]。
 
由于小鼠是生物醫(yī)學(xué)研究中最常用的動(dòng)物，因此如何最好地飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)鼠以盡量減少它們所承受的壓力是生物醫(yī)學(xué)研究中的一個(gè)重要考慮因素[4]。
 
小鼠是社會(huì)性動(dòng)物，群居或配對(duì)飼養(yǎng)是推薦的默認(rèn)飼養(yǎng)條件。然而，雄性小鼠之間經(jīng)常發(fā)生攻擊行為，這意味著單只飼養(yǎng)更為實(shí)用。此外，在某些研究中，單只飼養(yǎng)可能是更有利的實(shí)驗(yàn)條件，例如，群養(yǎng)環(huán)境可能會(huì)影響正在研究的特定個(gè)體行為變量。在這種情況下，單只飼養(yǎng)可以幫助科學(xué)家根據(jù)實(shí)驗(yàn)本身的刺激，而不是受在場(chǎng)其他小鼠的影響，得出針對(duì)小鼠特定個(gè)體行為變化的結(jié)論。
 
為了保持群體飼養(yǎng)的潛在社會(huì)效益，同時(shí)避免雄鼠之間的攻擊行為，有人建議在無法進(jìn)行群體飼養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)中使用籠子隔板，這種隔板允許小鼠之間進(jìn)行感官接觸，但沒有身體接觸。
 
使用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)分析行為、運(yùn)動(dòng)和活動(dòng)
Buckinx 等人決定在一系列測(cè)試中研究不同飼養(yǎng)方法對(duì)小鼠壓力水平的影響[1]。
 
他們的研究小組首先將小鼠飼養(yǎng)在不同的條件下（單人飼養(yǎng)、雙人飼養(yǎng)或帶籠子隔板的成對(duì)飼養(yǎng)），為期數(shù)周。之后，研究人員使用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控和分析小鼠在三個(gè)不同測(cè)試中的運(yùn)動(dòng)和行為。
 
曠場(chǎng)測(cè)試
曠場(chǎng)測(cè)試 (OFT) 是一項(xiàng)用于評(píng)估一般活動(dòng)水平、總運(yùn)動(dòng)活動(dòng)和探索習(xí)慣的測(cè)試[6]。在這項(xiàng)測(cè)試中，研究人員使用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算了幾個(gè)參數(shù)：總行進(jìn)距離、在中心區(qū)域花費(fèi)的時(shí)間，以及評(píng)估探索/運(yùn)動(dòng)活動(dòng)和焦慮行為的測(cè)量值。研究人員發(fā)現(xiàn)，在這些實(shí)驗(yàn)中，雖然不同飼養(yǎng)條件下的總行進(jìn)距離在統(tǒng)計(jì)學(xué)上存在差異，但在中心區(qū)域所花費(fèi)的時(shí)間（一種衡量焦慮樣行為的指標(biāo)）卻沒有顯著差異。  
高架十字迷宮試驗(yàn)
高架十字迷宮（EPM）用于研究焦慮樣行為 [7]。在該測(cè)試中，小鼠被置于離地較高的十字形迷宮中。十字迷宮的兩個(gè)臂是開放的，而另外兩個(gè)臂則是封閉的，這就提供了一個(gè)更隱蔽的區(qū)域，焦慮的小鼠往往會(huì)更多地進(jìn)入該區(qū)域（而且時(shí)間更長）。
 
在這項(xiàng)測(cè)試中，動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)使研究人員能夠完全自動(dòng)化地測(cè)量在開放臂中花費(fèi)的時(shí)間、行進(jìn)的總距離以及探索/定位運(yùn)動(dòng)活動(dòng)。研究小組觀察到，在不同飼養(yǎng)條件下，動(dòng)物在迷宮中開放臂所花費(fèi)的時(shí)間和行進(jìn)的總距離都沒有受到影響。  
恐懼條件反射/僵直行為
最后，研究人員使用聽覺恐懼條件反射范式來研究小鼠恐懼記憶的形成[8]。在這項(xiàng)測(cè)試中，動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)用于檢查小鼠在習(xí)慣期和受到各種聽覺刺激時(shí)的僵直行為。通過用 1 秒鐘內(nèi)連續(xù)幀的像素差異（最大 0.3%）來定義 "僵直"，研究人員能夠使用 動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)自動(dòng)完成該測(cè)試的數(shù)據(jù)收集過程。 雖然記錄到了一個(gè)總體趨勢(shì)，但在這些恐懼檢索測(cè)試中，單只小鼠和群養(yǎng)小鼠的僵直行為沒有發(fā)現(xiàn)顯著差異。
 
那么，這些結(jié)果意味著什么呢？
曠場(chǎng)、高架迷宮和條件恐懼反射測(cè)試的結(jié)果顯示，小鼠單只飼養(yǎng)和雙只飼養(yǎng)之間沒有任何特別的差異，也沒有使用籠子隔板。考慮到該研究的假設(shè)，即單只飼養(yǎng)可能會(huì)增加壓力和焦慮（籠子隔板又會(huì)減少壓力和焦慮），這種情況出乎意料。作者認(rèn)為，這種方法對(duì)環(huán)境的依賴性很強(qiáng)，在被認(rèn)為是一種可行的小鼠飼養(yǎng)策略之前，應(yīng)該進(jìn)行進(jìn)一步的研究。這類調(diào)查對(duì)于動(dòng)物福利和倫理的持續(xù)改善非常有價(jià)值，而這正是通過動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)等強(qiáng)大而通用的工具實(shí)現(xiàn)的。
 
動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)的價(jià)值
動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)提供全面的數(shù)據(jù)集成和動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化。從簡(jiǎn)單的測(cè)試到復(fù)雜的高通量實(shí)驗(yàn)，動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)都能精確測(cè)量各種參數(shù)，并提供無與倫比的數(shù)據(jù)處理和可視化功能。迄今為止，動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)在世界上著名期刊中被使用的文獻(xiàn)達(dá)到數(shù)千篇[9]。
 
參考文獻(xiàn)
1. Buckinx, A. et al. Exploring Refinement Strategies for Single Housing of Male C57BL/6JRj Mice: Effect of Cage Divider on Stress-Related Behavior and Hypothalamic-Pituitary-Adrenal-Axis Activity. Frontiers in Behavioral Neuroscience 15, (2021).
2. Poole, T. Happy animals make good science. Lab Anim 31, 116–124 (1997).
3. Science-based assessment of animal welfare: laboratory animals - PubMed. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16358504/.
4. Carbone, L. Estimating mouse and rat use in American laboratories by extrapolation from Animal Welfare Act-regulated species. Scientific Reports 11, 493 (2021).
5. Social enrichment by separated pair housing of male C57BL/6JRj mice | Scientific Reports. https://www.nature.com/articles/s41598-020-67902-w.
6. Open Field. Behavioral and Functional Neuroscience Laboratory https://med.stanford.edu/sbfnl/services/bm/sm/openfield.html.
7. Elevated Plus Maze Test. Behavioral and Functional Neuroscience Laboratory https://med.stanford.edu/sbfnl/services/bm/ep/bml-plusmaze.html.
8. Effects of repeated anodal transcranial direct current stimulation on auditory fear extinction in C57BL/6J mice - PubMed. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33454396/.
9. https://www.noldus.com.cn/ethovision-xt/benefits/
 
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