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

脑声常谈

2024-12-26 08:40发布于上海科普领域创作者

《斑马鱼行为实验手册》电子版pdf，网盘发货

实验策略包括执行关联学习任务，将视觉和声音刺激与食物相关联，并评估斑马鱼在条件反射活动中的决策反应。在此配置中，分析斑马鱼群体的行为建模和不同群体中鱼类行为的动力学。

实验分组及设备：

成年斑马鱼（性别混合，大小3厘米±0.5厘米）被安置在三个组中，一组有11条鱼用于简单学习（单一刺激），一组有16条鱼用于复杂学习（两个刺激：振动和光），以及一个对照组共有16条鱼，用于两个实验。鱼群被安置在一个22.5升（250×200×550毫米）的不透明玻璃水箱中，水箱中有充气和过滤水。鱼被安置在一个封闭系统中，水被过滤（海绵和活性炭），给予两周时间适应环境，然后开始建立训练。照明调整为12/12小时的明暗/光周期。在鱼在水箱中的维护或适应期间，鱼每天喂两次，自由进食，但在条件训练期间喂食被限制（每次训练约2克）。

实验架包含三个不透明玻璃水箱，每个水箱容量为22.5升，尺寸为550 mm × 200 mm × 250 mm（宽× 高 × 深），每个水箱中包含一组鱼。这些水箱通过计算机自动控制训练、适应、氧气供应和喂食。水箱被分为两个区域：氧气区（100 mm × 250 mm × 200 mm）和训练区（450 mm × 200 mm × 250 mm）。在水箱内部隔墙中钻了8毫米的孔，以便氧气化的水在鱼的训练环境中循环，不会产生气泡或干扰视频分析。水箱的自动控制控制鱼的氧气供应、环境光线、光刺激和喂食器，遵循每天四次的训练活动时间表。自动喂食器使用3D打印机制造，安装在水箱外部顶部。食物放置在喂食器储槽中，通过伺服电机转动喂食器出口的齿轮来均匀控制投放的饲料量（约2克）。

用于测量斑马鱼学习的实验配置

一群斑马鱼在一个喷砂玻璃水箱中游动，水箱被分成两个喂食区域。一条红色LED灯带固定在水箱右侧外部作为光刺激。一个振动器安装在水箱左侧外部。水箱上方大约40厘米处安装了一台摄像机。

水箱内部的分区根据前活动和预定实验进行调整，内部增加了玻璃隔板（250 mm × 80 mm × 4 mm），以在食物条件反射期间将食物空间分开。此外，在简单实验的关联活动中连接了一条红色LED灯带。在复杂实验中，调整了两种刺激：红色（光谱约663 nm）和振动器，放置在水族箱外部区域。选择红色照明是基于斑马鱼的敏感性，斑马鱼偏好红色超过其他颜色。然而，在绿色和蓝色之间，斑马鱼更偏好绿色，对蓝色有强烈的反感。

实验1：单一刺激的简单条件反射评估

在简单条件反射中，仅使用一个隔板将食物与水箱的其余空间分开。在喂食期间的条件反射阶段，向斑马鱼提供红色视觉刺激。水箱中的氧气供应保持开启，但在测试开始前10分钟关闭，以防止水中出现气泡，测试结束后10分钟再次开启，遵循自动实施的训练活动时间表。在不涉及食物条件反射的实验中，水箱没有隔板，鱼可以在整个水箱中自由游动。每个水箱上方约40厘米处安装了一台相机，用于拍摄提议的训练视频。视频以每秒30帧的速度录制，分辨率为1920 × 1080像素，相机焦距手动设置，调整水箱的尺寸。

对于简单条件反射，斑马鱼（n=11）必须将单一的光刺激与喂食时间联系起来。水箱被调整以包含一个分隔板，将食物与水箱的其余空间分开。然后，一个红色LED灯带（光谱约663纳米）在食物从喂食器中倒出前30秒被打开，红色LED位于喂食器的同一侧。所有实验都在同一时间（早上8:00，上午11:00，下午2:00和下午5:00）每天建立，以避免任何与白天相关的影响。训练在喂食时间进行，以加强与刺激的联系。斑马鱼的行为实验室程序的结果与对照组（未受干扰的鱼）进行了对比。鱼的行为评估包括两个分钟的视频记录，每个刺激分为四个连续时期：光刺激前30秒，光刺激期间30秒，喂食期间30秒和光刺激关闭后30秒。

实验2：双刺激的复杂条件反射评估

对于复杂条件反射，一组新的鱼（n=16）被置于包含两个刺激的喂食期间的条件反射：光和振动。水箱被调整以包含一个玻璃隔板，放置在水族箱底部，将斑马鱼的食物条件反射和喂食器分开，使其更困难。在这个实验中，使用了振动器和红色LED灯。红色LED位于水族箱底部，位于右侧，而振动器位于水族箱左侧，放置在外部和水族箱底部。每个刺激对应于喂食器中食物的一侧，鱼需要知道哪种颜色对应于喂食器的正确一侧。因此，两个自动喂食器被调整以同步喂食与光刺激。在这个训练中鱼的行为评估分析了每个刺激的一分钟视频记录，分为四个观察期：光刺激前20秒，光刺激期间15秒，喂食期间15秒和刺激关闭后20秒。复杂训练通过每个刺激的10次尝试建立，在交替期间进行，以便鱼不会学习刺激的顺序。能够及时靠近围栏的鱼，是在那个时间对刺激作出反应。因此，当斑马鱼在光阶段被引导到食物区域，该光阶段先于喂食，斑马鱼被认为成功条件反射。所有实验都在同一时间（上午8点，上午11点，下午2点和下午5点）自动由条件系统建立，以避免任何白天的影响。被认为条件反射的鱼只有在对应刺激的角落的12.5厘米×222.5的区域内的鱼。

实验3：条件反射鱼的行为建模

在复杂条件反射（包含两个刺激）期间，计算鱼群的极化以观察当它们与对照组（未受刺激）相关时行为的变化。除了测量极化外，还追踪了鱼，测量鱼在水箱中的速度和平均距离，从而观察鱼的行为水平变化及其与刺激的关系。分析仅在喂食前刺激点亮时进行。

使用单一刺激（红色LED灯）进行斑马鱼简单食欲条件反射反应

(A) 灯亮之前处于进食行为的鱼的数量；

(B) 灯亮期间处于进食行为的鱼的数量；

(D) 刺激关闭后处于进食行为的鱼的数量。

使用两种刺激（红色LED灯和振动）进行斑马鱼复杂食欲条件反射反应

(A) 灯亮之前处于进食行为的鱼的数量。

(B) 在尝试过程中通过红色LED灯刺激条件反射的鱼的数量。

(D) 在尝试过程中通过振动器刺激条件反射的鱼的数量。

(E) 通过灯光和振动器条件反射的鱼的数量比较。

(F) 水箱的俯视图，显示条件反射区域（红色区域：红色LED；绿色区域：振动器）。

参考文献：

Barreiros, M.d., Barbosa, F.G., Dantas, D.d. et al. Zebrafish automatic monitoring system for conditioning and behavioral analysis. Sci Rep 11, 9330 (2021).

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