Ugo Basile条件恐惧系统 | 啮齿动物学习、记忆和情绪测试有趣的实验方法——助力神经科学前沿研究发现

2023-12-27 09:20:39, 玉研仪器上海玉研科学仪器有限公司

经典的条件反射实验:巴甫洛夫的狗

诺贝尔医学将获得者前苏联生理学家巴甫洛夫曾做过一个有趣的实验。给狗提供了一些食物，会引起狗的唾液分泌。然后，巴甫洛夫开始给狗提供一些中性刺激，比如铃声，不会引起狗的唾液分泌。但是，当铃声和食物同时出现时，狗的唾液分泌就会增加。最终，当只有铃声出现时，狗的唾液分泌也会增加。

巴甫洛夫与同事创立条件反射理论

条件恐惧实验

啮齿动物条件恐惧实验的基本原理是建立在巴甫洛夫经典的条件反射理论基础上。巴甫洛夫认为，当一个无条件刺激与一个中性刺激同时出现时，会引起一个无条件反应。如果这个中性刺激反复与无条件刺激同时出现，那么这个中性刺激就会逐渐成为一个条件刺激，并且能够引起一个条件反应。

在条件恐惧实验中，实验者会给动物一些中性刺激，比如声音、光线等，然后再给他们一些厌恶刺激（无条件刺激），比如电击、恶臭等。在反复的实验中，中性刺激和厌恶刺激会同时出现，这样中性刺激就会逐渐成为一个条件刺激，能够引起恐惧反应，典型反应为僵直不动状态。

啮齿动物条件恐惧实验是神经科学研究中一种经典的学习记忆实验，通过条件刺激来建立起恐惧反应。这种实验可以帮助研究者了解啮齿动物的恐惧状态，以及如何通过条件刺激来改变动物的行为。条件恐惧实验可以更好的帮助理解人类的学习、记忆和情绪等方面，被广泛应用于神经科学领域创伤后应激障碍等疾病的研究（如阿尔茨海默病、焦虑症和抑郁症）。

Ugo Basile 条件恐惧系统

产品简介

Ugo Basile条件恐惧系统主要用于啮齿类动物（大、小鼠）条件恐惧实验研究。兼容ANY-maze行为学视频分析软件自动控制，可控制电击、声音和光线（可见光/红外光）刺激，并自动检测动物因恐惧导致的僵直状态。可检测参数有：僵直时间，僵直次数和每次僵直持续时间，刺激过后到产生僵直反应的延迟时间等参数。

Ugo Basile 条件恐惧系统系统总览

技术原理

系统由扬声器、双色LED灯、隔音箱、动物活动笼、USB相机、ANY-maze 条件恐惧系统专用软件构成。当活动笼内啮齿动物被电刺激时，会做出本能的不动反应，称之为“僵直”。向啮齿动物同步提供原本无关联的声光刺激和电刺激后，声光刺激被啮齿动物学习并记忆。继而只向笼内动物提供中性刺激，动物出现僵直。僵直状态的各项时间表明了所经历的记忆和学习过程。

产品优势

（1）高敏感性而快速的测试系统

只需要对动物进行很少的训练（通常只需要一次）。因此，它是基础行为研究以及高通量药物筛选的有用工具。此外，在条件恐惧反射过程中建立的条件反射可能非常典型（如持续时间长），系统支持进行长时间记录。

（2）刺激设置全面，稳定可控

设备包含的中性刺激为：声音和光线，无条件刺激为电刺激。其中声音刺激不仅具有稳定的单频音，还具有可听频率范围内分布均匀的白噪音，可随意切换。

电刺激可稳定触发且不会出现被动物规避情况，设定值在动物阻抗发生改变时也可反馈控制电流精确恒定。

（3）支持情景条件恐惧反射研究

通过在动物笼墙壁和地板上切换多种图案背景改变动物环境，支持情景条件恐惧反射研究（ Contextual Fear Conditioning）。这里，中性刺激并非声光，而是笼子（即情景）本身的视觉外观。在这种情况下，动物将电击与接受电击的环境联系起来。

（4）可在完全黑暗下自动检测僵直反应

系统配备了专设的USB摄像头，具备对红外光线的敏感性，即使在完全无光的环境下，也能清晰识别出动物静止不动的状态。摄像头配备了广角镜头和红外滤光片。

（5）兼容ANY-maze软件自动化控制

采用先进的进口行为学软件ANY-maze自动控制两种最常见的条件恐惧反射：情景条件恐惧反射和暗示条件恐惧反射。软件运用视频自动检测和分析动物恐惧状态（僵直），操作简单，并且通过对通信协议优化，在测试过程中，ANY-maze会自动收集实验数据，并分析结果。

（6）拓展性强，节约后期升级成本

ANY-maze行为学视频分析系统，功能强大，配置完善，后期升级与维护更为方便。仪器配备的专用隔音箱，有效避免外界环境影响实验结果，并且可与多种条件行为学实验系统（如震惊反射）通用，实现效益最大化。每个条件恐惧系统均可独立连接至ANY-maze，因此，只需添加额外的条件恐惧系统控制器，就可以根据实验需求增加通道数。

神经科学前沿研究案例

2020年8月3日耶路撒冷希伯来大学埃德蒙和莉莉·萨夫拉脑科学研究中心助理教授Inbal Goshen在Nature Neuroscience杂志上发表文章《Astrocytes contribute to remote memory formation by modulating hippocampal–cortical communication during learning》（IF=25）揭示了星形胶质细胞在皮层和海马的长期恐惧记忆转换过程中发挥关键作用。

研究人员采用化学遗传学的方式（注射CNO：氯氮平-N-氧化物）特异激活星形胶质细胞的Gi信号通路后，在第一天的恐惧训练过程后，小鼠的僵直率并未发生变化，但是在1个月后小鼠的僵直率才出现下降，表明在短期记忆中并未出现障碍，但是在长期记忆出现障碍。

而特异性激活神经元的Gi信号后小鼠在恐惧训练后短期记忆和长期记忆均受损，并不存在延迟。这些结果表明这种长期记忆的障碍的延迟出现可能与星形胶质细胞有关。

先前研究表明在远期记忆中通过药理性手段抑制AAC脑区（前扣带皮层）的神经元活性后出现记忆障碍。他们确实发现在慢性激活星形胶质细胞的Gi信号后在远期记忆阶段海马CA1区和AAC脑区的神经元活性明显降低，但是在近期记忆中这两个脑区的神经元活性并未发生变化。

事实上在CA1锥体神经元的存在一个亚群直接投射到ACC，这很有可能就是CA1区和AAC进行信息交流的关键解剖结构。研究人员发现激活CA1区的星形胶质细胞Gi信号后ACC脑区的神经元活性明显降低，这表明CA1区的星形胶质细胞可以直接调控ACC脑区活性。

此外，研究人员通过双病毒策略标记CA1投射到ACC的神经环路的同时标记即早基因c-fos，结果发现在激活CA1区的星形胶质细胞Gi信号后仅仅促进CA1-ACC这条神经环路上的神经元激活，并不影响CA1脑区其他的神经元活动，具有很强的特异性。这些结果表明在恐惧记忆中CA1区的星形胶质细胞选择性调控神经环路CA1-ACC。

研究人员进一步通过在恐惧记忆学习过程中化学遗传学抑制ACC脑区活性后在远期记忆中出现明显的障碍，这就表明抑制ACC活性可以完全模拟出激活CA1区星形胶质细胞Gi信号通路的表型。

从神经胶质生物学的角度来看，文章进一步完善了星形胶质细胞对神经元的调控方式，揭示了星形胶质细胞从神经环路水平上调控神经元活动，促进长期恐惧记忆的形成。

行为学测试：

文中行为学主要采用条件恐惧系统，由意大利Ugo Basile公司提供。条件恐惧实验通过僵直（完全不动）的连续测量进行评估，僵直是主要的行为恐惧反应。在整个试验过程中，使用软件自动测直硬情况。为了测试情景条件恐惧，将小鼠置于原始不同背景活动笼中，并采集基线5分钟。为了测试声音提示条件恐惧的，发出2.9kHz的音调进行基线采集2.5分钟。小鼠在基线采集后24小时测试近期记忆，21或28天后测试远期记忆。

意大利Ugo Basile公司与上海玉研科学仪器

Ugo Basile公司于1963年创立，在几十年发展历程里，成长为一家为专注于神经科学领域进行开拓科学实验方法和生产全新科学仪器的创新型公司。通过将经典仪器与不断创新的新型设备相结合，旗下疼痛及行为学产品已经成为全球神经科学家的标杆工具并得到广泛认可。

上海玉研科学仪器有限公司作为意大利Ugo Basile公司在中国的金牌合作伙伴，长期以来一直与Ugo Basile公司合作紧密，并共同探讨双方的长期发展规划和战略合作协议，为广大科研工作者带来全球领先的各类神经科学设备以及提供完善的技术支持。

文献拓展

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