模型概述

采取合適的防御行為及時應(yīng)對危險刺激的能力對個體的生存繁衍至關(guān)重要。對于小鼠來說，避開空中捕食者，如老鷹和貓頭鷹，是一種核心的生存功能，主要的感官方式是視覺。近年來，已經(jīng)為嚙齒動物開發(fā)了一種有趣的行為范式——looming模型，該模型完全依靠視覺刺激來引發(fā)先天的恐懼反應(yīng)，由Yilmaz和Meister于2013年開創(chuàng)。該范式使用一種黑暗的視覺刺激，這種刺激在頭頂不斷迫近，尺寸增加，模仿飛行捕食者的快速前進(jìn)。實驗裝置中還設(shè)置一個簡陋的庇護所，從而為小鼠提供了尋求**的機會。在這些條件下，當(dāng)暴露于不斷擴大的黑暗視覺刺激時，小鼠會采取兩種不同的先天防御策略之一：一種行為是快速逃跑：小鼠沖到一個不透明的巢穴下面尋找掩護。這種反應(yīng)具有明顯的進(jìn)化優(yōu)勢，因為迫近的陰影可能代表了空中捕食者，并且隱藏在掩體下可以防止小鼠被吃掉。**種行為是凍結(jié)行為：小鼠停止移動并長時間完全靜止不動。乍一看，這可能不是一個好主意，但非移動的小鼠確實可以更好地融入環(huán)境，并且比移動目標(biāo)更難被發(fā)現(xiàn)。執(zhí)行特定防御行為的概率在很大程度上取決于實驗參數(shù)的各個方面。

儀器介紹

行為測試裝置是一個無頂?shù)?/span>有機玻璃盒子，長48 cm ×寬35 cm ×高30 cm。盒子的地板和三面墻壁上*好覆蓋有啞光噴涂涂層，以防止視覺刺激的反射。一個20 cm ×高12 cm的不透明的三角棱柱形狀的庇護所位于裝置的一個角落。朝下固定在裝置頂部的LCD顯示屏顯示一個灰色屏幕（48 cm × 27 cm，平均亮度30-40 candela/m2）。視覺刺激是提前編程好的，并顯示在LCD監(jiān)視器上。4個明亮的LED為視頻錄制提供紅外照明，紅外對于小鼠來說是看不見的。任何可以可視化整個裝置的攝像機均可以用于行為記錄，以30幀每秒的速度記錄小鼠的運動。

實驗動物

該模型發(fā)展不過十年，主要應(yīng)用于小鼠。大鼠也有類似的行為，但是更為復(fù)雜。一般選取8-12周齡的C57BL6/J小鼠，將其分組飼養(yǎng)，并保持12小時光暗周期。而且研究表明，在白天和晚上以及雄性和雌性動物之間的逃跑頻率和逃跑潛伏期沒有顯著差異。因此，在動物性別以及實驗時間的選擇上更靈活。但建議在白天進(jìn)行實驗，因為動物通?？雌饋聿荒敲唇箲]。

注意事項：模型創(chuàng)建者還觀察到，飼養(yǎng)在不同動物設(shè)施中的小鼠，對不斷迫近的陰影有不同的行為模式。一組傾向于以逃跑來回應(yīng)，而另一組則表現(xiàn)出逃跑和明顯的凍結(jié)行為混合的反應(yīng)。因此，雖然兩者都表現(xiàn)出了快速而強烈的防御反應(yīng)，但細(xì)節(jié)有所不同。即使實驗是用從同一商業(yè)供應(yīng)商獲得的同一品系的小鼠進(jìn)行的。這強調(diào)了在世界各地不同的實驗室研究行為視覺生理學(xué)時，標(biāo)準(zhǔn)化飼養(yǎng)條件的重要性，這樣才有利于比較實驗室的行為結(jié)果。

（一）.創(chuàng)建視覺刺激

視覺刺激可以使用自定義Python腳本創(chuàng)建，并使用Windows Game Recorder（微軟公司）記錄下來，以便在行為測試中重播。不斷迫近的陰影刺激的代碼可在以下網(wǎng)址獲得：www.github.com/kpc-simone/shadow-graphics。

不斷迫近的陰影刺激為一個黑色圓盤，該圓盤以三個不同的階段出現(xiàn)在淺色背景上：1.呈現(xiàn)直徑為2厘米的靜態(tài)圓盤3秒；2.圓盤在接下來的 2秒內(nèi)擴大到直徑20 厘米；3.*后，直徑為20厘米的圓盤再保持這個大小3秒。通過運行上述網(wǎng)站上報告為 example1.py 的腳本，可以重現(xiàn)10個這樣的刺激序列。（也有研究采用更快的刺激呈現(xiàn)速度：250 毫秒內(nèi)從直徑1厘米迅速擴展到25.5厘米，并在這個尺寸上繼續(xù)保持500毫秒）

在黑色圓盤出現(xiàn)之前和之后，顯示器上呈現(xiàn)統(tǒng)一的灰色（RGB參考128，128，128）背景。

（二）.為適應(yīng)階段創(chuàng)建背景

在適應(yīng)期間，動物放置在測試裝置中，沒有視覺刺激，只有LCD屏幕上的灰色背景作為**的光源?？梢允褂?/span>PowerPoint或通過暫停刺激的**幀來創(chuàng)建靜態(tài)背景。

2、將用來躲避視覺刺激的庇護所放置在裝置的一個角落，僅允許動物從一側(cè)進(jìn)入（圖三）。

3、將 LCD 屏幕朝下固定在裝置上方（30 cm）以顯示視覺刺激（圖四）。將 PC 或筆記本電腦連接到 LCD 屏幕。復(fù)制屏幕并使用Windows 媒體播放器全屏打開視頻。至關(guān)重要的是，當(dāng)視頻暫?；蛲瓿蓵r，測試屏幕不會改變測試區(qū)域的亮度。

4、在測試房間內(nèi)，燈光應(yīng)關(guān)閉，動物**可用的光源是位于測試裝置頂部的屏幕提供的光源，充當(dāng)虛擬天空（圖五）。

6、攝像機應(yīng)放置在實驗裝置上方的一個角落，以便捕獲整個裝置的圖像（圖七）。

適應(yīng)測試房間和實驗裝置

1、在開始實驗設(shè)備的適應(yīng)程序之前，先使動物適應(yīng)測試房間3天。每天使用相同的方法將動物運送到測試室。動物每天應(yīng)在房間內(nèi)停留至少 30 分鐘。

2、使動物適應(yīng)實驗設(shè)備。在適應(yīng)開始前15分鐘將動物移至測試室。在這 15 分鐘內(nèi)，關(guān)閉房間的燈，并打開顯示灰色背景的LCD屏幕。將動物放置在裝置中，讓它自由探索 20 分鐘。在這一時期，動物通常表現(xiàn)出探索性的姿勢，如后腿直立和嗅探。此過程應(yīng)重復(fù) 3 天。不需要是連續(xù)適應(yīng)3天，但適應(yīng)的*后**應(yīng)該在測試開始前 24 小時發(fā)生。對設(shè)備的適應(yīng)對于確保動物正確顯示防御行為很重要。