脑声问答（28）期丨旷场实验有哪些潜在的影响因素？

动物行为学实验通过建造模型，改变周围环境形成刺激(声、光、电刺激、药物处理、食物诱导等)，直接或间接影响动物行为，从而达到观察研究目的。发展至今，研究人员已可通过敲除或植入基因，改变动物的一系列行为动作，以及从基因层面了解动物行为。行为学研究过程中，实验者可通过不断改变刺激成分、刺激程度、刺激阈值等条件，找出最适宜的刺激点和刺激条件，以便更好、更完整地观察动物行为。

旷场实验

旷场实验(open field test，OFT)，也称敞箱实验、空场实验，是一个研究动物自发活动与探索行为的实验，可用于评价动物自发活动以及焦虑状态。20世纪50年代至70年代，OFT已被用于检测啮齿类动物产前压力引起的潜在焦虑行为。在行为学研究中，OFT往往用作对照，反映动物的自发活动行为情况。其原理基于啮齿类动物同时有畏惧空旷场地和探究新事物、新环境的天性，因此在一个开阔的场地中其活动呈现趋避性（phobotaxis）。小鼠畏惧开阔、未知、可能存在潜在危险的场所，因而表现出“贴墙”活动的特性。一般认为，旷场实验中小鼠的水平活动（ambulation）反映动物的运动活性，垂直运动（rearing）反映动物对新鲜环境的好奇程度，粪便颗数反映动物在新环境中的紧张状态。在未适应敞箱情况下，前10～20min反映小鼠的探索活动，20～60min反映小鼠自发活动，60min后小鼠活动减少，活动趋于稳定，小鼠表现出较明显的昼夜活动特点。在实验动物没有事先熟悉敞箱的情况下，记录到的旷场活动前10～20min以探究活动为主，后30～40min主要反映自发活动。是评价啮齿类实验动物运动功能和焦虑状态的经典行为学方法，被广泛运用于精神神经药理学、神经行为学等的基础研究。

实验前将各品系小鼠在饲养室适应1周，在此期间每天抓摸动物5min左右使其适应实验者的操作。实验开始前30min将小鼠移入测试室适应，以保证实验时小鼠活动趋于稳定。测试时间：白天为8∶30～11∶30，夜间为20∶30～23∶30。实验前选择VisuTrack系统中的旷场模式并进行模式指标设定，将记录时间设置为1h，调节亮度等参数，将小鼠背对操作者放入旷场中央，键入“开始”命令后开始进行实验记录。每只动物实验结束后清除敞箱底板粪便，用500mL/L乙醇喷洒敞箱底部并用洁净纱布抹干，以避免前次实验动物的残留气味影响本次实验。

实验结束获得实验轨迹数据后，对数据进行分析，获得1h内的每10min路程距离、总路程距离、前10min进入中央区域次数等数据。以前10min实验反映小鼠对新环境的探索活动，后40min反映小鼠自发活动。

OFT分析动物运动于旷场总体、中央、周边等不同部位的运动距离(常用穿格数代替)或时间以研究小鼠的行为活动，实验操作简单，所得数据量丰富，一次实验就可以对动物的自发活动、探索行为、焦虑、抑郁状态等进行评价。该法历史悠久，随着现代科技的进步，检测方法也从原始的人为观察、手写记录逐步被计算机等数字系统所取代，过程进一步简化，数据更为客观。另外，该法对动物种类要求不多，大鼠或小鼠均可用于实验。

影响因素

OFT虽是经典的行为学实验，但实验受诸多因素影响，如动物遗传变异、实验环境、昼夜节律、动情周期、实验频率等。有研究发现，昆明小鼠初次进行OFT，性别对实验结果无影响，但重复实验则会引起雄性小鼠更大的自主行为，且多次重复实验会使焦虑状态评价的有效性降低;在刘友平等的研究中发现，近交系C57BL/6小鼠自发活动量较昆明小鼠、BALB/c少，对新环境的探索活动少，在不同性别、昼夜环境下表现较为稳定，测试结果无较大差异，是神经行为学研究较佳的动物选择。因此，在观察小鼠的自主行为活动时，应尽量避免重复测试，若是评价动物焦虑状态的OFT，则不应进行重复测试。

通过不同性别的C57BL／6、BALB／c、昆明小鼠在不同时间点（昼夜生物节律期不同）条件下进行1h旷场实验测试，分析其探索行为与自发活动。在人类漫长的培育过程中，实验小鼠已分化为多个品系如Swiss、ICR、BALB/c、C57BL/6等。其中，C57BL/6和BALB/c小鼠是科学研究中常用但遗传背景差异较大的两个近交系，而昆明小鼠一直是我国特有的并且使用量最大的封闭群小鼠。以往研究表明，近交系小鼠与封闭群小鼠在基础活动、学习能力以及对危险的反应等方面相对存在较大差异。

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小鼠品系

C57BL/6小鼠无论是对新环境的探索行为还是自发活动量均显著低于昆明小鼠，而与BALB/c相比，除雌性小鼠在白天探索活动、自发活动无差异外，其他情况下均显著更低，似乎在面对新环境时存在更明显焦虑样行为，此结果也在相关研究得到印证。而因处于焦虑状态的动物前10～20min的活动记录低，给予动物抗焦虑药物后这段时间的运动会相应增高，为获取更准确、更稳定的结果，在为焦虑相关疾病及其相关神经行为实验选择实验动物时，应优先考虑C57BL/6小鼠。在同等条件下，C57BL/6小鼠旷场结果不因昼夜节律而产生差异，而昆明和BALB/c却只有雄性小鼠在白天和黑夜的探索行为及自发活动量上未见明显差异，雌性小鼠在探索行为和自发活动量上则均表现为夜间比白天高。昆明和BALB/c雌性小鼠在昼夜节律上表现出差异，可能是由于雌鼠相比雄鼠而言更易受性激素影响从而对昼夜节律作用产生干扰，而雌性C57BL/6受此影响则较小。根据研究报道，C57BL/6雄性小鼠在上午与下午的旷场测试中差异没有统计学意义，可见C57BL/6雄性小鼠在一天多个时间段的活动均较稳定。在实验不好控制昼夜节律因素时，为获取较可靠结果，实验动物可选择C57BL/6小鼠。

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性别因素

性别因素对小鼠旷场实验的影响主要体现在自发活动上，探索活动受性别的影响则不明显。这可能是因为雌雄本身生理差别而使得小鼠自发活动量受性别因素影响较大，对新环境的探索及其焦虑状态则与性别差异不大。本实验发现，C57BL/6雌雄小鼠在白天与夜间所测探索与自发活动均未见明显差异，BALB/c雄鼠在白天旷场活动显著高于雌鼠，夜间则未见明显差异，而昆明小鼠则是雌鼠在夜间自发活动高于雄鼠，白天未见差异。C57BL/6小鼠可能比较适用于需去除或淡化性别因素的实验中。

近交系C57BL/6小鼠对新环境的探索活动少，自发活动量低，在不同性别、昼夜节律条件下表现比较稳定，可见C57BL/6小鼠是可用于神经行为学研究的“黄金品系”。

参考文献：

1、慢性疲劳综合征小鼠的自发活动和探索能力变化的观察[J]. 赵海;姚刚;钱宁;陈明飞;杨智;吴曙光.实验动物科学,2016

2、Handbook of Schizophrenia Spectrum Disorders. MICHAEL SR.Springer.2011

3、刘友平,刘田,毕航,等.品系、性别和生物节律对小鼠旷场实验的影响[J].西安交通大学学报(医学版),2014,35(05):634-638.