一种检测小鼠运动习得行为的装置及方法

本发明属于动物行为学检测领域，更具体地，涉及一种检测小鼠运动习得行为的装置及方法。

背景技术：

1、纹状体是基底神经节中最大的核团，它主要参与包括学习记忆、运动控制和运动程序化在内的运动习得过程。成功的运动习得行为需要在四个不同阶段之间的过渡。第一阶段是由动机驱动的行动。第二阶段涉及有洞察力的行为，即受试者将运动动作与目标联系起来，比较实现该目标的适当和不适当的方式，并开始重复该动作。第三阶段涉及运动活动被调整以优化目标结果。在第四阶段，以目标为导向的行为成为一种技能或习惯。

2、纹状体主要接受来自黑质致密部的多巴胺能神经传入，纹状体的不同部位在习得行为的不同阶段有着不同的贡献。在运动学习的第一阶段，黑质致密部中的多巴胺能信号支持执行运动动作的初始动机。来自黑质致密部的神经纤维投射到纹状体的背侧部分，并促进运动动作的启动。第二阶段和第三阶段主要由背内侧纹状体参与，表现为动物对特定运动动作结果的观察以及习得行为，在这个优化阶段，如果目标导向行为被偶然性改变，动物将很容易学会改变运动策略。第四阶段主要背外侧纹状体参与促进习得行为的固化。如果目标导向行为在这一阶段被偶然性改变，习得行为的改变就会变得更加困难。

3、目前检测小鼠学习能力的经典装置为斯金纳箱，然而该装置侧重小鼠的学习能力，主要用于检测动物海马等学习相关脑区的损伤与动物学习能力的关系。由于纹状体同时参与了动物的运动能力、目标导向性行为以及习惯的形成和技能的巩固等运动习得行为过程，而斯金纳箱无法有效的检测动物的这些习得行为的过程与纹状体特定亚区的关系。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种检测小鼠运动习得行为的装置；本发明的另一目的在于提供一种检测小鼠运动习得行为的方法。

2、为达到以上目的，本发明采取以下技术方案：一种检测小鼠运动习得行为的装置，所述装置包括小鼠运动的跑道、处于跑道的终端的暗盒以及用于记录小鼠运动过程的摄像机，所述跑道横向设置多个可更换的金属杆，所述金属杆由白色金属杆、黑色金属杆中的任意一种或两种组成；黑色金属杆和白色金属杆组成的跑道设置其中任意一种金属杆进行通电且通电的金属杆不连续排列，小鼠踩踏通电的金属杆受电击。

3、进一步地，所述跑道的两侧为黑色有机玻璃板，所述跑道的长度为200cm，宽度为3.5cm，两个相邻所述金属杆的间隔为1cm。

4、进一步地，所述跑道还包括多个与多个通电的金属杆对应连接的指示灯，小鼠踩踏通电的金属杆，与通电的金属杆连接的指示灯闪烁。

5、一种检测小鼠运动习得行为的方法，采用上述的装置，通过更换金属杆组成不同跑道，训练小鼠通过不同跑道到达暗盒，获取小鼠不同阶段的运动习得行为能力，包括如下步骤：

6、(1)设置黑色金属杆、白色金属杆中的任意一种组成第一跑道，小鼠在第一跑道上进行训练2～5天；

7、(2)设置黑色金属杆与白色金属杆的数量比为1:1，对黑色金属杆或白色金属杆中的任意一种金属杆进行通电组成第二跑道，经第一跑道训练后的小鼠在第二跑道上进行训练2～5天；

8、(3)增加第二通道中未通电的金属杆的数量，减少第二通道中通电的金属杆的数量，未通电的金属杆与通电的金属杆的数量比为n:1组成第三跑道，其中，n≥1.5，经第二跑道训练后的小鼠在第三跑道上分别进行训练2～5天或10～20天；

9、(4)设置第三跑道中未通电的金属杆变为通电，通电的金属杆变为未通电，通电的金属杆与未通电的金属杆的数量比为1:m组成第四跑道，其中，m≥1.5，经第三跑道训练2～5天或10～20天后的小鼠在第四跑道上进行训练2～5天。

10、进一步地，步骤(1)还包括，测试经第一跑道训练后的小鼠自行通过第一跑道的时间，获取小鼠的运动能力。

11、进一步地，步骤(2)还包括，测试经第二跑道训练后的小鼠自行通过第二跑道时踩踏通电的金属杆的错误率，获取小鼠的目标导向行为的学习能力。

12、进一步地，步骤(3)还包括，测试经第三跑道训练后的小鼠自行通过第三跑道时踩踏通电的金属杆的错误率，分别获取训练2～5天后小鼠习得行为的优化能力，以及训练10～20天后小鼠习得行为的固化能力。

13、进一步地，步骤(4)还包括，测试经第四跑道训练后的小鼠自行通过第四跑道时发生踩踏通电的金属杆的错误率，分别获取训练2～5天后在目标导向行为被改变后小鼠习得行为优化后的改变能力，以及训练2～5天后在目标导向行为被改变后小鼠习得行为固化后的改变能力。

14、进一步地，步骤(1)～(4)中，所述训练为每天5次。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果：

16、(1)本发明装置通过提供小鼠运动的跑道，跑道横向设置多个可更换的金属杆，通过调整跑道中黑色金属杆与白色金属杆的数量比且对黑色金属杆或白色金属杆中的一种金属杆进行通电组成不同的跑道，训练小鼠通过不同跑道到达终端的暗盒，获取小鼠不同阶段的运动习得行为能力，可以检测纹状体不同区域与运动习得行为的关系；

17、(2)与斯金纳箱相比较，本发明装置具有组装方便、成本低、操作容易等优点；针对不同的研究目的，通过白色金属杆与黑色金属杆的不同排布方式组成不同的跑道，各个跑道装卸方便；本发明测试小鼠踩踏通电的金属杆的错误率，通过设置踩踏通电的金属杆时与该金属杆相连的指示灯闪烁，只需最后统计所获得的图像信息，操作方便、成本低；

18、(3)本发明检测方法，利用小鼠能够识别黑白物体的特点，通过程序化的训练模拟运动学习的过程，通过调控运动学习所对应的黑质或者纹状体区域，明确这些脑区在运动习得行为过程中的作用。

技术特征：

1.一种检测小鼠运动习得行为的装置，所述装置包括小鼠运动的跑道(1)、处于跑道(1)的终端的暗盒(2)以及用于记录小鼠运动过程的摄像机(3)，其特征在于，所述跑道横向设置多个可更换的金属杆，所述金属杆由白色金属杆、黑色金属杆中的任意一种或两种组成；黑色金属杆和白色金属杆组成的跑道设置其中任意一种金属杆进行通电且通电的金属杆不连续排列，小鼠踩踏通电的金属杆受电击。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述跑道的两侧为黑色有机玻璃板，所述跑道的长度为200cm，宽度为3.5cm，两个相邻所述金属杆的间隔为1cm。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述跑道还包括多个与多个通电的金属杆对应连接的指示灯(4)，小鼠踩踏通电的金属杆，与通电的金属杆连接的指示灯(4)闪烁。

4.一种检测小鼠运动学习能力的方法，其特征在于，采用权利要求1～3任一项所述的装置，通过更换金属杆组成不同跑道，训练小鼠通过不同跑道到达暗盒，获取小鼠不同阶段的运动习得行为能力，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)还包括，测试经第一跑道训练后的小鼠自行通过第一跑道的时间，获取小鼠的运动能力。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)还包括，测试经第二跑道训练后的小鼠自行通过第二跑道时踩踏通电的金属杆的错误率，获取小鼠的目标导向行为的学习能力。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)还包括，测试经第三跑道训练后的小鼠自行通过第三跑道时踩踏通电的金属杆的错误率，分别获取训练2～5天后小鼠习得行为的优化能力，以及训练10～20天后小鼠习得行为的固化能力。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(4)还包括，测试经第四跑道训练后的小鼠自行通过第四跑道时发生踩踏通电的金属杆的错误率，分别获取训练2～5天后在目标导向行为被改变后小鼠习得行为优化后的改变能力，以及训练2～5天后在目标导向行为被改变后小鼠习得行为固化后的改变能力。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)～(4)中，所述训练为每天5次。

技术总结
本发明公开了一种检测小鼠运动习得行为的装置及方法，属于动物行为学检测领域。本发明装置包括小鼠运动的跑道、处于跑道的终端的暗盒以及用于记录小鼠运动过程的摄像机，跑道横向设置多个可更换的金属杆，金属杆由白色金属杆、黑色金属杆中的任意一种或两种组成；黑色金属杆和白色金属杆组成的跑道设置其中任意一种金属杆进行通电且通电的金属杆不连续排列，小鼠踩踏通电的金属杆受电击；本发明方法通过更换金属杆组成不同跑道，训练小鼠通过不同跑道到达暗盒，获取小鼠不同阶段的运动习得行为能力；通过程序化的训练模拟运动学习的过程，通过调控运动学习所对应的黑质或者纹状体区域，明确这些脑区在运动习得行为过程中的作用。

技术研发人员：庄乾兴,卢绪娟,闫琦,范秀娟,刘睿祺,方晨昕,姜一凡,娄薇薇,曹馨,伏蛟
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14