孔板实验(holeboard test),又称孔洞实验、洞板实验。
改良的 Hole Board 是一种用于神经科学的行为测试,用于评估无条件行为、认知和社交互动的多个方面。修改后的洞板结合了传统洞板的功能,最初是为了调查啮齿动物的探索(File & Wardill,1975年,以及开放领域测试的特点,旨在评估探索行为和焦虑(Hall & Ballechey;1932年;它旨在同时测量小型实验室哺乳动物(主要是小鼠和大鼠)的多个维度的无条件行为(Ohl 等人,2001 年)。
与大多数测量单个行为参数的行为测试不同,修改后的 Hole Board 基于这样一个概念,即啮齿动物只有在允许进行更复杂的行为观察的丰富测试环境中才能显示其完整的行为谱系。因此,该测试是使用行为测试组系的替代方案,因为可以在一次测试中研究动物行为特征的广泛范围。
测试设备由一个开放的场地盒组成,其中心区域包含一个孔板,由排成三行的小圆柱体组成;孔板被一个划分为象限的外部区域包围。盒子附有一个组隔间,在测试期间可以放置实验动物的组间;通过允许实验动物在测试过程中与其组友保持社交联系,改良的洞板最大限度地减少了压力性的社交孤立(Kim & Kirkpatrick,1996)。
使用该装置可以观察到许多无条件的行为,例如回避行为、风险评估、唤醒、探索、运动活动、习惯化和社会亲和力。
例如,该测试可以与食物摄入抑制测试或新型物体识别测试相结合,以允许评估更广泛的行为。认知技能,例如工作记忆和参考记忆,也可以通过诱饵和提示板上的一些圆柱体来评估。
改良的 Hole Board 最初由 Ohl 及其同事于 2001 年描述,已被验证用于评估小鼠和大鼠的药物敏感性(Ohl 等人,2001 年)。从那时起,它已被用于对啮齿动物进行全面的行为分析,以确定模拟精神病理学状况的潜在动物模型的行为表型,以及用于药理学筛选。
标准改良的 Hole Board 装置由一个不透明的实验盒 (100 x 50 x 50 cm) 组成,该实验盒与一个额外的隔室 (50 x 50 x 50 cm) 由透明的多孔隔板隔开;在测试期间,实验动物的组配可以放置在这个额外的隔间中。如果不需要群体伙伴的存在,或者如果测试了单独饲养的动物,则可以用不透明隔板代替透明隔板。
孔板是一个不透明板 (60 x 20),有 23 个孔,排成三行。电路板上的所有孔都可以用相同材料的可移动盖子覆盖。板子放置在盒子的中间,因此代表了开阔场地的中心区域。外部区域由白线划分为 12 个象限:10 个矩形 (20 x 15 cm) 和 2 个正方形 (20 x 20 cm)。
可以搭配使用TOP-ATPX从设备上方进行观察。
小鼠:40厘米*40厘米*35厘米,孔直径为3厘米
大鼠:60厘米*60厘米*45厘米,孔直径为5厘米
改良后的 Hole Board 的目的是通过评估对照与疾病模型/干预组中无条件行为、认知和社会互动的多个方面来执行复杂的行为观察。
通过结合传统 Hole Board 和 Open Field 测试的功能,改良后的 Hole Board 可以评估多种行为。这些包括:
回避行为,代表焦虑,通过测量在板上花费的时间百分比、第一次进入板块的延迟以及板块进入的数量;
与勘探相关的行为,通过评估孔勘探、板上的饲养和箱中的饲养;
通过分析拉伸的身体姿势来评估行为;
运动活动,通过计算盒子中的越线次数;
通过确定第一个群组接触的延迟,对群组伙伴的社交亲和力;
生理唤醒,通过评估梳理、排尿和排便(Ohl 等人,2001 年)。
改良后的 Hole Board 的实验流程可以根据实验需要进行调整。
改良后的 Hole Board 的预训练
在行为测试前两周,应将动物转移到测试室并留在那里进行适应,并避免运输到测试地点可能产生的影响。所有检测设备应在动物到达设施之前安装,以便适应设备的存在。执行行为实验的同一个人应在训练期间处理动物,以使实验者适应。
对于在改良后的 Hole Board 中进行分组测试,属于一个社会群体(即群体伙伴)的所有动物都应放置在群体隔间中。适应 30 分钟后,将每只动物放入实验箱中 5 分钟。对于单独测试,每只动物直接从家笼转移到实验室。训练应在测试的同时进行。
使用改良后的 Hole Board 评估行为
行为测试应在动物经常饲养的房间内和动物最活跃的阶段进行。将每只动物放置在靠近面向板的组隔间的一个角落的起始位置,并进行测试 5 分钟。所有测试都可以由TOP-ATPX动物运动轨迹跟踪系统监控。经验丰富的观察者还可以使用行为评分软件对行为参数进行实时评分。
每次测试后都应清洁实验盒,以避免基于嗅觉线索的偏差。
以下是一些可以使用改良后的 Hole Board 进行的行为评估示例(Labots 等人,2015 年)。
(a)在没有小组成员在场的情况下进行行为测试
1 – 将动物从笼子转移到箱子中的起始位置。
2 – 让动物自由探索盒子 5 分钟,用视频跟踪系统记录它的动作。
(b)在群体伙伴在场的情况下进行行为测试 – 测量测试期间与实验动物及其笼子伙伴的互动。
1 – 在实验动物测试前 10-30 分钟将组友放入组室,让它们适应组室。
2 – 按照 a) 中的操作进行。
(c)新物体识别和食物摄入抑制
1 – 实验前 2 天让动物熟悉家笼中的物体。
2 – 将熟悉的物体放在设备中,在起点对面的角落里;将新奇物体与熟悉的物体相距 2 厘米。
3 – 测量动物接近新奇和熟悉的物体所需的时间。
(d)认知测试
1 – 在实验前 2 天,在动物的家笼里,用镊子提供奖励(例如一块杏仁),并确保它们吃掉。
2 – 用动物被吸引的气味(例如香草)闻所有圆柱体,并在网格下方用奖励诱饵它们,这样动物就无法将其移除。
3 – 用与盒子颜色形成对比的彩色环提示三个圆柱体,并用奖励诱饵它们。
4 – 第 1 阶段:对于每只动物,以恒定的间隔(例如 30-60 分钟)进行四次每日试验,直到收集完所有三项奖励。
– 第 2 阶段:提示和诱饵三个不同的圆柱体,并将动物放入设置中进行四次试验,以测试反转学习能力。
通过绘制该测试测量的多个行为参数中的任何一个,可以可视化从修改后的 Hole Board 获得的数据。
以下是使用改良的 Hole Board 的两种品系小鼠的一些行为表型参数的示例。品系 A 容易焦虑,而品系 B 则不然。介绍了焦虑 (板上时间) 、探索行为 (探索的漏洞) 和生理唤醒 (自我梳理) 的测量。
使用与这些类似的图表可以很容易地可视化对无条件行为的影响。容易焦虑的动物会减少花在洞板区域的时间,会探索更少的洞,并且会花更少的时间自我梳理。
通常使用多个行为测试评估的行为特征可以通过单个测试进行分析(Ohl 等人,2001 年)。
修改后的 Hole Board 可显著减少动物数量和执行行为表型分析所需的时间。
在执行行为测试组系时,同时分析多个行为参数可避免测试顺序的可能影响。
与大多数行为测试不同,对于修改后的洞板,动物不需要被剥夺食物来提高他们解决行为任务的动力(Hanell & Marklund),2014)。
通过将群体伙伴放在允许视觉、听觉和嗅觉接触的附属隔间中,可以规避由社交孤立引起的行为偏差。