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神經科學研究中動物行為學實驗設計需要考慮的幾個問題①
閱讀：2041 發布時間：2020-11-2摘要：動物行為學主要側重于科學和客觀地研究自然條件下的動物行為，是現代神經科學研究的重要技術之一。神經科學研究中動物行為學實驗設計需考慮諸多因素，本文檢索綜述國內外文獻，主要探討實驗模型動物選擇、動物行為模式選擇、降低實驗動物個體變異及行為學實驗效度四個重點考慮的問題。
關鍵詞：神經科學；動物行為學；模型動物；行為模式；個體變異；效度
動物行為學（Ethology）主要側重于科學和客觀地研究自然條件下的動物行為，研究對象包括動物的溝通行為；情緒表達；社交行為；學習行為；繁殖行為等，是現代神經科學研究（Neuroscience）的重要技術之一。人類是唯yi能夠口頭表達自我認知的動物。研究者只有通過難測其他動物的行為，才能了解它們的感覺和認知過程。經過神經科學、生理學、心理學等科學家對動物行為學100多年的研究，已開發出大量的動物行為學實驗模型；同時，新的針對特種動物行為和神經疾病的行為學實驗也層出不窮。神經科學研究中動物行為學實驗設計需考慮諸多因素，本文主要探討實驗模型動物（model organism)選擇、動物行為模式（behavioral paradigm)選擇、降低實驗動物個體變異（individual varability)及行為學實驗效度（validity)問題。
1. 實驗模型動物選擇
與以人類為研究對象的生物醫學試驗相同，確定開展動物行為學實驗和選擇實驗模型動物時，首先要考慮倫理學問題，以大努力降低對動物的危害。行為學實驗方案必須經由研究機構動物保護和使用委員會（Institutional Animal Care and Use Committee,IACUC）審查并批準同意。目前，通用的實驗動物福利指南包括三項內容，簡稱“3R”：
（1）替代（Replacement）指盡可能采用計算機模擬、細胞培養等實驗技術替代動物實驗，采用低等動物替代高等動物（如無脊椎替代脊椎動物、嚙齒類替代靈長類動物等）；
（2）減低（Reduction）指采用少數量的實驗動物獲取具有統計學意義研究數據，利用一批動物完成多項實驗；
（3）細化（Refinement）指周密設計實驗步驟，全程監測并采取措施降低動物痛苦及疼痛。其次，選擇模型動物要重點考慮動物的自然行為能力和研究者設計的行為學實驗方法。行為學研究動物執行特定行為的自然能力：蠕蟲和果蠅是研究感覺、覓食、運動神經控制等動物與環境交互作用的模型；果蠅也被用于成癮、學習、記憶、生物節律等研究；大鼠和小鼠可完成更為復雜的認知任務，可用于研究情緒、學習及社會行為等；靈長類動物具備高級智能行為，可完成復雜決策、面積識別等復雜行為學實驗；蝙蝠、蟾蜍、貓頭鷹等動物可用于聽覺、視覺、定位、學習及記憶等特殊行為學實驗。
第三，研究者應在整個實驗背景下選擇模型動物。若整個實驗的目的是篩選與動物某一行為相關的基因，那么模型動物應選擇蠕蟲、果蠅、大鼠等易于處理的轉基因動物。若實驗目的是記錄動物執行特定行為大腦內神經元活動，模型動物應選擇大鼠、靈長類等較大的動物。嚙齒類動物（大鼠、小鼠等 ）因便于完成轉基因、分子生物學和電生理實驗，常被用于動物行為學實驗 。
2. 動物行為模式選擇
選擇實施和創新開發一項動物行為模式實驗都需考慮諸多因素。首先，動物行為模式必須具備便于定量化測量的指標。如某研究者希望比較兩組嚙齒類動物飲酒行為的差異，可供定量化測量的指標有液體總消耗量、液體消耗速率、動物飲用次數等。神經科學行為實驗常探討時間因素對動物行為的影響，在實驗數據采集、統計分析及結果呈現時應將測量時間作為重要因素加以考慮，一般采用重復測量數據分析方法探討時間與干預間交互作用。再次，研究者必須考慮非預期原因引起的動物異常形為，尤其是經過基因敲除、蛋白表達修飾、神經功能核團干預后的實驗動物。如經注射某實驗藥物后的動物比注射生理鹽水動物完成水迷宮實驗時間延長，且差異具有統計學意義。但此種藥物效應可能并非因改變了動物空間定位和記憶能力引起，也可能是改變了動物活動能力，間接地造成水迷宮時間延長。因此，在選定動物行為模式后，研究者應針對動物行為差異的其他可能解釋，補充完善動物對應的行為模式實驗。另外，行為學實驗應監測動物生理指標（體重、心率等），維持動物健康狀態，避免因疾病造成動物行為異常。
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