前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的動物行為學的研究主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
所謂數(shù)學模型,是指由字母、數(shù)字和其他數(shù)學符號構成的等式或不等式,或用圖表、圖像、框圖、數(shù)理邏輯等來描述系統(tǒng)的特征及其內部或外部聯(lián)系的模型。在教學實踐中,數(shù)學模型的建構過程可以滲透于數(shù)與代數(shù)、空間與圖形等教學內容中,尤其是,在數(shù)學綜合運用中,模型建構有著至關重要的作用。同時,數(shù)學模型的建構總是與數(shù)學探究活動聯(lián)系在一起的,如何引導學生構建基于數(shù)學活動經驗的數(shù)學模型,值得我們進行深入的思考。本文以“物體浸沒水中的體積問題”的教學為例,談一談自己的教學實踐與思考。
一、組織探究活動,獲得數(shù)學活動經驗
史寧中教授認為,“基本活動經驗是指學生直接或間接經歷了活動過程而獲得的經驗”。在教學“長方體與正方體體積”后,筆者發(fā)現(xiàn),雖然學生掌握了求長方體、正方體體積的方法,但是對體積公式的綜合運用(如物體浸沒水中的問題),則顯得有些力不從心,例如:一個長方體玻璃魚缸,長25厘米,寬16厘米,高20厘米,在魚缸中放入一個棱長10厘米的正方體鐵塊,使它全部浸沒在水中,水面會上升多少厘米?學生普遍感覺解決此題有困難,因為在這一問題情境中,正方體浸沒水中時存在一個動態(tài)變化的過程(即水面上升,總體積的變化),學生由于缺乏相應的數(shù)學活動經驗,難以把握情境中的各部分數(shù)量間的關系。
要讓學生真正地理解和掌握物體浸沒水中的相關問題,就必須讓學生親歷這一變化過程,為此,教師可引導學生開展如下探究活動:
1.給每個小組準備一個長方體容器,一個雞蛋,引導學生思考,想要測得雞蛋的體積,可以怎么做?
2.學生分小組進行探究實驗,實驗結束后進行交流匯報。
在探究活動中,學生通過參與數(shù)學活動,經歷“做數(shù)學”的過程和思考的過程,從而將探究“物體浸沒水中”問題的經歷變成了數(shù)學活動的經驗。
二、引領數(shù)學思考,提煉構建數(shù)學模型
《數(shù)學課程標準》指出,教師要引導學生從已有的經驗出發(fā),讓學生親身經歷將實際問題抽象成數(shù)學模型并進行解釋與應用的過程。
在“物體浸沒水中的體積問題”的教學中,教師可以引導學生借助圖形展開觀察、分析、概括、提煉等一系列數(shù)學思考活動:1.將雞蛋浸沒于水中后,雞蛋的體積相當于哪一部分水的體積?2.上升部分水的體積與長方體容器有什么聯(lián)系,你怎樣計算上升水的體積?3.如果放入的物體是一個馬鈴薯或其他不規(guī)則物體,你能用一個公式表示如何計算它的體積嗎?4.除了將雞蛋浸沒水中,求上升的水的體積外,我們還可以怎樣測得雞蛋的體積?
通過思考與交流,學生不僅發(fā)現(xiàn)雞蛋體積的測量方法,還在分析思考中發(fā)現(xiàn)了這一方法的普遍適用性,抽象出相應的數(shù)學模型V雞蛋=V上升。而“還可以怎樣測得雞蛋的體積”則引導學生實現(xiàn)對數(shù)學模型的拓展。
三、變換問題情境,把握模型內在結構
事實上,學生通過對某一個問題情境活動經驗的分析概括,初步地建構數(shù)學模型,這樣的模型顯然有一定的局限性。 如在“物體浸沒水中的體積問題”的教學中,教師可設計如下兩個變式問題,讓學生繼續(xù)探究,進而逐步把握數(shù)學模型的內在結構:
1.在一個棱長10厘米的正方體容器中,放入一個長5厘米、寬4厘米的長方體鐵塊,使其完全浸沒后,水面上升0.6厘米,求長方體鐵塊的高。
2.-個長方體玻璃容器,從里面量,長和寬均為2分米,高是3.5分米。向容器中倒入6升的水,再將一個蘋果浸沒水中。這時量得水深是1.55分米。這個蘋果的體積是多少?
在上述兩個變式的問題情境中,學生發(fā)現(xiàn),無論情境中的條件怎樣變化,鐵塊或蘋果的體積始終等于上升部分水的體積。這樣,學生也就在變式訓練中把握了數(shù)學模型的內在結構。
動物行為語言就是肢體語言,比如狗搖尾巴表示歡喜,夾著尾巴表示恐懼。
動物行為學研究的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。 由于動物行為學對于動物學習和認知等方面的研究,以及與神經科學的相關性,它對心理學、教育學等學科產生一定的影響。
(來源:文章屋網 )
關鍵詞:帕金森病;大鼠;6-羥基多巴胺
帕金森?。≒D)是常見的中老年人中樞神經系統(tǒng)退行性疾病,其病因及發(fā)病機制目前尚不清楚, 研究認為可能與遺傳、環(huán)境因素、線粒體功能障礙、興奮性氨基酸、氧化應激、過多的自由基形成及神經生長因子缺乏等有關,是多種機制協(xié)同作用的結果[1-2]。偏側6-OHDA損毀模型是目前使用最多的PD動物模型之一,其在癥狀、病理、生化方面的表現(xiàn)與人類PD有不少相似之處,但該模型的損傷程度因6-OHDA的劑量、濃度、注射位點不同而存有爭議,特別是對損傷早期大鼠行為學方面的觀察比較缺乏。本實驗通過觀察6-OHDA損傷早期PD大鼠行為學及黑質部位組織學的變化特點,驗證損傷早期PD大鼠模型的穩(wěn)定性及可靠性。
1資料與方法
1.1一般資料 選用健康雄性SD大鼠40只, 體重 250~300 g,由南通大學實驗動物中心提供。6-OHDA、抗壞血酸干粉劑、鹽酸阿樸嗎啡(apomorphine)、抗酪氨酸羥化酶(tyrosine hydroxylase, TH)抗體均購于Sigma公司。
1.2方法
1.2.1實驗動物分組 40只SD大鼠隨機分為三組:①空白對照組(n=8);②6-OHDA模型組(n=24):分為24 h組(n=8)、7 d組(n=8)和28 d組(n=8)3個亞組;③假手術組(n=8)。
1.2.2動物模型 模型組大鼠用復合麻醉劑(含戊巴比妥鈉、丙二醇、硫酸鎂等,0.25 mL/100 g體重)腹腔注射麻醉,待大鼠后肢回縮反射及角膜反射消失后,將其頭部水平位固定在腦立體定位儀上,剪除顱頂鼠毛,碘酒、酒精消毒皮膚,沿中線切開一長約2cm切口,充分暴露前囟,參照Paxinos & Watson(1996)《大鼠腦立體定位圖譜》確定左側前腦內側束(mfb)三維坐標位置,選取mfb區(qū)坐標:前囟后2.8 mm,中線左側2.0 mm,硬膜下8.2 mm。根據(jù)注射位點確定鉆顱部位,手術刀尖小心鉆開一直徑約2 mm顱骨孔,微量進樣器緩慢進針至靶點,留針10 min,以9 ng/s的速度注入2 μg/μL 6-OHDA 4 μL(含0.02%抗壞血酸),注射完畢后留針5min,以1mm/min的速度退針。手術完畢,用明膠海綿堵塞顱骨孔,適量青霉素涂敷創(chuàng)口,消毒縫合皮膚,放回籠中飼養(yǎng)。并于24 h、7 d、28 d分別檢測大鼠行為學和組織學的改變。假手術組同法予含0.02%抗壞血酸的生理鹽水4 μL,空白對照組不作任何處理。
1.2.3行為學檢測
1.2.3.1跨步調節(jié)試驗[3] 將大鼠身體的后半部分拖起 ,并使大鼠身體重量僅由一側前肢支撐 ,記錄10s內大鼠這一前肢走步次數(shù) ,然后同法檢測另一前肢的情況,以損傷對側前肢行走次數(shù)所占比例(損傷對側前肢行走次數(shù)/(損傷對側前肢行走次數(shù)+損傷側前肢行走次數(shù)))為評價指標。
1.2.3.2姿勢不對稱性試驗[4] 握住鼠尾的中后部將其提起,懸空于實驗臺上方約10 cm處,使大鼠頭向下處于垂直狀態(tài), 以其偏離垂直軸不超過10°為垂直位(標準位),記錄大鼠頭或上身左右擺動的情況,以擺動偏離垂直位并再返回到垂直位記數(shù)為1次。觀察45 s內大鼠頭或身體轉動的方向和次數(shù),以向損傷對側擺動的次數(shù)所占比例(損傷對側擺動的次數(shù)/(損傷對側擺動的次數(shù)+損傷側擺動的次數(shù)))為評價指標。
1.2.3.3阿撲嗎啡誘發(fā)旋轉試驗 模型組分別于術后24 h、7 d、28 d于動物腹腔內注射阿撲嗎啡0.5 mg/Kg 誘發(fā)大鼠向右側(健側)旋轉,于阿撲嗎啡注射后5 min開始記錄,持續(xù)記錄30 min。以24 h誘發(fā)旋轉次數(shù)210次/30 min為合格模型。
1.2.4組織學檢測
1.2.4.1動物灌注、固定、取材、切片 各組大鼠在最后一次行為學檢測后,用復合麻醉劑麻醉,剪開大鼠胸腔,經主動脈快速灌注生理鹽水(37℃)150~200 mL沖洗,至大鼠肝臟發(fā)白,流出液基本無色為止。隨即灌注4%甲醛(4℃)先快速灌注 200 mL,再緩慢灌注300 mL,至頭與四肢均已發(fā)硬。斷頭取腦,置于4%甲醛,放4℃冰箱固定4 h,再依次置入20%及30%蔗糖磷酸鹽緩沖液內,存4℃冰箱至腦塊沉入瓶底。取中腦黑質組織塊進行冠狀連續(xù)冰凍切片,片厚20 μm。
1.2.4.2抗TH染色 作漂片SABC法染色,具體步驟依次為:冰凍切片用0.01 M(pH7.4)磷酸鹽緩沖液(PBS)漂洗3次,5 min/次。0.3% H2O2抑制內源性過氧化物酶活性, 0.02 mol/L EDTA(95℃)復性(2 min),非免疫的正常羊血清,室溫下孵育30 min,抗TH抗體(1∶1000,抗體稀釋液稀釋),37℃孵育4 h, SABC試劑,室溫下孵育1 h, DAB顯色(陽性產物為棕黃色)。以上各步驟之間均以0.01M(PH7.4)PBS漂洗3次,5 min/次,正常羊血清與抗TH抗體孵育之間不漂洗。顯色后貼片,自然風干,梯度酒精脫水,二甲苯透明,中性樹膠封片。
1.2.4.3 TH陽性神經元記數(shù) 各組大鼠取包含黑質致密部最明顯的中腦切片,在×100倍顯微鏡下計數(shù)兩側黑質有完整細胞體的TH陽性細胞,計算左側與右側黑質TH陽性細胞數(shù)的百分比(左側黑質TH陽性細胞數(shù)/右側黑質TH陽性細胞數(shù)×100% )。參照蔡文琴等[5]介紹的神經細胞計數(shù)方法進行細胞計數(shù)。
1.2.5統(tǒng)計學分析 數(shù)據(jù)結果均使用 SPSS13.0軟件進行統(tǒng)計學分析。數(shù)據(jù)資料采用均數(shù)±標準差(x±s)表示。單因素方差分析進行差異性檢驗,P
2結果
2.1行為學觀察 對照組及假手術組大鼠經阿撲嗎啡誘發(fā)后無旋轉行為,也未出現(xiàn)非藥物誘發(fā)的行為學改變。模型組大鼠在注射6-OHDA后數(shù)小時即出現(xiàn)損毀側肢體動作減少,身體重心偏向損毀側,并出現(xiàn)身體向損毀側緩慢旋轉,不能進行直線或隨意爬行。
2.1.1跨步調節(jié)試驗 對照組及假手術組大鼠兩側前肢10 s內跨步次數(shù)基本相同,模型組大鼠在左側前腦內側束注射6-OHDA后24 h跨步調節(jié)試驗評分出現(xiàn)有意義減少,7 d及28 d評分進一步減少,見表1。
2.1.2姿勢不對稱試驗 在左側前腦內側束注射6-OHDA后24 h,姿勢不對稱試驗結果顯示模型組大鼠頭部和身體出現(xiàn)向右側轉動次數(shù)有意義增加,7 d及28 d姿勢不對稱試驗評分進一步增加,對照組及假手術組大鼠頭部和身體向兩側轉動次數(shù)大致相同,見表2。
2.1.3阿撲嗎啡誘發(fā)旋轉試驗 在注射6-OHDA后24 h,阿撲嗎啡腹腔注射誘發(fā)大鼠以右側后肢為支點,首尾相接向右側旋轉,30 min旋轉次數(shù)210次/30 min,對照組及假手術組大鼠未誘發(fā)出旋轉行為,見表3。
2.2組織學檢測 抗TH染色結果顯示,在左側前腦內側束注射6-OHDA后24 h,大鼠左側黑質TH陽性神經元數(shù)目出現(xiàn)有意義減少,高倍鏡下見少部分神經元出現(xiàn)胞體腫脹、核膜界限消失等變性征象,部分神經軸突斷裂、錯亂;7 d和28 d時大鼠左側黑質TH陽性神經元幾乎消失,殘留的TH神經元表現(xiàn)出染色質濃縮壞死現(xiàn)象,神經軸突散在稀疏;模型組大鼠右側黑質TH陽性神經元數(shù)目同時也有部分減少;對照組及假手術組大鼠兩側黑質TH陽性神經元無明顯改變,見表4,圖1。
3討論
研究PD需要建立穩(wěn)定可靠的模型。6-OHDA是一種選擇性中樞兒茶酚胺能神經元毒性物質,具有很強的呼吸鏈抑制作用,偏側6-OHDA損毀模型是目前使用最多的PD模型之一。1970年Ungerstedl[6]首先報道了應用6-OHDA成功制備大鼠偏側PD模型,這種模型能夠在多巴胺能藥物的誘發(fā)下產生旋轉行為,以便于判斷模型成功與否。阿撲嗎啡是多巴胺(dopamine,DA)受體激動劑,能夠引起該模型向健側旋轉,這是由于損傷側紋狀體多巴胺含量下降,多巴胺D2受體代償性大量增加,且敏感性增高,出現(xiàn)超敏現(xiàn)象[7],此時應用DA受體激動劑使損傷側興奮作用占優(yōu)勢而產生向健側旋轉。
PD的神經保護治療需要早期進行,評估6-OHDA損傷早期大鼠行為學變化,可進一步明確模型是否成功及神經保護性治療是否有效。阿撲嗎啡誘發(fā)旋轉試驗結合非藥物誘發(fā)的行為學試驗,其評估結果更加有效、可靠[8]。在偏側前腦內側束注射6-OHDA后數(shù)小時,大鼠出現(xiàn)肢體動作減少,身體重心偏向損毀側,并出現(xiàn)身體向損毀側不自主旋轉,不能進行直線或隨意爬行,6-OHDA注射后24 h大鼠跨步調節(jié)試驗和姿勢不對稱試驗出現(xiàn)有意義改變,腹腔注射阿撲嗎啡后可誘導大鼠在原地向健側旋轉,以健側后肢為支點,首尾相接,形成環(huán)狀,但旋轉次數(shù)
偏側前腦內側束注射6-OHDA后24 h大鼠出現(xiàn)行為學和組織學方面的變化,為檢測模型的穩(wěn)定性和可靠性,實驗設立6-OHDA損傷后7d和28d組。結果顯示:大鼠行為學改變較24 h組更加顯著,阿撲嗎啡誘發(fā)旋轉次數(shù)>210次/30 min,符合成功PD模型標準;7 d和28 d時大鼠左側黑質TH陽性神經元減少90%。偏側前腦內側束注射6-OHDA后,損傷對側有部分DA能神經元丟失,可能與藥物的滲透作用或經血液循環(huán)等有關。
綜上所述,通過早期行為學檢測,可為神經保護性研究確立合格的PD模型,避免了藥物提前干預存在的藥物顯效與模型失敗之間的爭議。
參考文獻:
[1]Cookson M R. The Biochemistry of Parkinson's Disease [J]. Annu Rev Biochem, 2005, 74: 29-52.
[2]Levy O A, Malagelada C, Greene LA. Cell death pathways in Parkinson's disease: proximal triggers, distal effectors, and final steps [J]. Apoptosis, 2009, 14: 478-500.
[3]Olsson M, Nikkhah G, Bentlage C, et al. Forelimb akinesia in the rat Parkinson model:differential effects dopamine agonists and nigral transplants assessed by a new stepping test [J]. J Neuroecience, 1995, 15(5-2): 3863-3875.
[4]Roghani M, Behzadi G, Baluchnejadmojarad T. Efficacy of elevated body swing testing the early model of Parkinson disease in rat [J]. Physiology & Behavior, 2002, 76(4-5): 507-510.
[5]蔡文琴,王泊沄.實用免疫細胞化學及核酸分子雜交技術[M].成都:四川科學技術出版社,1994:180-191.
[6]Ugerstedl U, Arbuthnott G. Quantitative reording of rotational behavior in rats after 6-hydroxydopamine lesions of the nigrostriatal dopamine system [J]. Brain Res, 1970, 24: 485.
轉折始于顯微鏡的出現(xiàn)。
發(fā)現(xiàn)受體細胞
――信息的接收器
顯微鏡發(fā)明后,科學家終于能夠以前所未有的方式探索人和動物的身體。科學家們能夠直觀地看到感X器官的內部構造,眼球是他們探索感官的開端。列文虎克作為顯微鏡先驅,于18世紀20年代首次觀察到了眼球背后的視桿細胞和錐狀細胞,這些都是眼睛感受光線的接收器。不過,一直到1834年才由德國解剖學家馬克斯?舒爾策對眼睛的細胞構成進行了描述,詳細說明了視網膜上大量視桿細胞和錐狀細胞的情況。
舒爾策是一個天才的解剖學家,他研究貓頭鷹、鼴鼠、蝙蝠和刺猬這些夜行動物的視網膜,發(fā)現(xiàn)它們的錐狀細胞比人類少,而桿狀細胞則比較多;他由此推斷,桿狀細胞用來在昏暗的空間中感受光線,而錐狀細胞則用來感受顏色。這一發(fā)現(xiàn)對于當時的感觀研究而言是一次飛躍:原來身體上有不同的細胞來接收不同類型的感觀信息,這些細胞被統(tǒng)稱為“受體細胞”。
后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn),所有哺乳動物的眼球上都有桿狀細胞和錐狀細胞,因為它們與人類都由恐龍時代的同一祖先進化而來――一種體型較小、外形類似獾的原始有蹄獸。在漫長的進化過程中,這種感覺系統(tǒng)在所有哺乳動物身上留下來了,只是有所改進。因此,人類與動物的視覺器官都是以相同的方式工作:受體細胞接收到光子,形成電信號發(fā)送至大腦,讓我們“看見”。嗅覺和聽覺也與此類似。
通過顯微鏡分析各種動物體內的受體細胞的數(shù)量,科學家們發(fā)現(xiàn)人類的感觀系統(tǒng)配置與其他動物相比其實很低調。例如,狗約有40倍于人類的嗅覺受體細胞,在某些種類中甚至達到了大約3億個,而人的嗅覺細胞只有大約500萬個。因此,狗可以通過嗅覺偵察、癌細胞、臭蟲蛋和TNT。令人意想不到的是,蜜蜂也有如此靈敏的嗅覺。2014年,法國和克羅地亞的科學家飼養(yǎng)了一群“嗅探蜂”,訓練它們將炸藥的氣味和糖相互關聯(lián),然后幫助企業(yè)在巴爾干半島尋找礦脈和地雷。
然而,即使像狗和蜜蜂這么出色的嗅覺,與鯊魚相比,就是小巫見大巫了。有些種類的鯊魚可以聞到海水中百萬分之一濃度的血,并以此為線索追蹤血液濃度最高的地方,找到獵物,完成捕獵行動。
許多動物都使用信息素,蠶蛾醇就是其中之一。1959年,蠶蛾醇被科學家發(fā)現(xiàn),化學制劑公司便將之用在農作物害蟲防治上,減少農藥的使用。把高濃度的蠶蛾醇噴灑到農田里,使雄成蟲一直處于高濃度的性信息素包圍之中,以致無法定向找到雌蟲交尾,從而減少了下一代幼蟲的產生。
發(fā)現(xiàn)動物超感能力
――從蝙蝠開始
當生物學家們對受體細胞了解越來越透徹時,他們發(fā)現(xiàn)蝙蝠另有高招。蝙蝠的眼睛太小,不能看清目標。然而,它卻可以在夜間飛行,并且在飛行過程中捕食蛾子或蚊子。蝙蝠的超感秘密在20世紀40年代初由美國生物學家唐納德?格里芬和羅伯特?加蘭博斯揭開:蝙蝠可以發(fā)射超聲波,并根據(jù)回聲繪制一張3D地圖。格里芬將這一能力命名為“回聲定位”。從此,人類意識到,動物能夠用人類所不具有的能力來感知這個世界。
格里芬與他的同事一起仔細研究和描述了蝙蝠的回聲定位系統(tǒng)如何獵食、如何在飛行途中分辨獵物種類,甚至如何感受到獵物在水面蕩起的漣漪。而這類研究成為了一門新的學科:神經行為學。在神經行為學的拓展下,人們發(fā)現(xiàn),使用回聲定位系統(tǒng)的動物遠不止蝙蝠一種,齒鯨、海豚、和某些種類的鳥類,如洞燕和油鴟都具有聲納探測能力。甚至有跡象表明,失明的人類也會使用這樣的技巧:讓舌頭發(fā)出喀噠聲,人體回聲定位器可以聽到并運用回聲定位自己的路線。
【關鍵詞】 益智寧神口服液/藥理學;抽動—穢語綜合征/中藥療法;神經遞質;疾病模型,動物;大鼠;色譜法,高壓液相
抽動—穢語綜合征(tourette syndrome,ts),又稱多發(fā)性抽動癥,是一種兒童期發(fā)病的慢性神經精神障礙性疾病。wWW.133229.cOM臨床表現(xiàn)主要為突然、快速、反復、非節(jié)律性、不自主和刻板的運動性抽動和發(fā)聲性抽動,還可能伴有各種行為紊亂、強迫觀念與行為、認知障礙等,可不同程度地干擾和損害兒童的認知功能,影響社會適應能力。本病病因尚未明確,具有明顯的遺傳傾向,多見于4~12歲的兒童,患病率約為005%~3%,近年來發(fā)病呈明顯上升趨勢,男孩多于女孩[1]。廣東省中醫(yī)院兒科在臨床實踐中運用自擬方益智寧神口服液治療該病,取得了較好的療效[2]。本實驗應用亞氨基二丙腈腹腔注射建立抽動—穢語綜合征模型大鼠,觀察該藥對模型大鼠行為學和神經生物學的影響,現(xiàn)報道如下。
1材料與方法
11實驗動物spf級sd大鼠60只,28~30d齡,體質量(250±10)g,雌雄各半。由廣東省醫(yī)學實驗動物中心提供(許可證號:粵監(jiān)證字2008d006,批號:0037766)。
12實驗藥品亞氨基二丙腈(iminodipropionitrile,idpn)購自alfa aesar公司(批號:c7323a),中藥益智寧神口服液(由廣東省中醫(yī)院提供,批號:080201),對照藥物為氟哌啶醇(上海信誼九福藥業(yè)有限公司,批號:08031121)。
13儀器及試劑lc26a 型高效液相色譜儀、spd26av 熒光檢測器、c2r4a 數(shù)據(jù)處理機均為日本島津公司產品,脫水機、包埋機、切片機和生物顯微鏡等設備為德國leica公司產品,微量組織勻漿器為millipore公司產品,zh藍星c/s型腦立體定位儀,高氯酸、乙二胺四乙酸二鈉(edtana2)均為分析純,甲醇為色譜純,對照品由中國藥品生物制品所提供。
14模型復制參考wakata[3]的方法,將亞氨基二丙腈溶解于生理鹽水,稀釋成濃度100mg/ml,給藥途徑為腹腔注射,劑量為150mg·kg-1·d-1,每天1次,共用7d。
15分組及給藥選用sd大鼠隨機分為4組:空白組和模型組各10只,中藥組和西藥組各20只,每組均雌雄各半。治療組在造模后第2天開始給藥,中藥組按20kg的兒童每天口服20ml益智寧神口服液的比例計算,每只大鼠灌胃約2ml/d;西藥組按20kg的兒童每天口服氟哌啶醇片1mg的比例計算,每只大鼠灌胃約015mg/d,連續(xù)14d。
16大鼠行為觀察[4]采用觀察評分,每次至少觀察1h,主要誘發(fā)癥狀為運動行為和刻板運動。(1)運動行為評分:0分:安靜或正?;顒?1分:能過度興奮;2分:探究行為增加;3分:跑;4分:跑和跳;(2)刻板運動(或定型運動)評分:0分:無刻板運動;1分:旋轉行為;2分:頭和頸部的上下運動過多;3分:頭、頸部的上下運動過多加旋轉行為;4分:頭向側擺合并頭和頸部的上下運動過多。
17神經遞質水平檢測[5]第14天將所有實驗大鼠迅速斷頭處死,借助腦立體定位儀,取右腦海馬組織及邊緣系統(tǒng)(包括紋狀體、隔核、層殼核、基底節(jié)、齒狀回),精確稱質量,置入1ml處理液(含01mol/l高氯酸和05g/ledtana2)中,微量組織勻漿器冰溶下勻漿,4℃冰凍離心10000r/min,取上清液置入-20℃保存。采用高效液相色譜法測定多巴胺(da)和去甲腎上腺素(ne)濃度。測樣時,室溫下解凍,進樣20μl,以峰面積外標法定量。
18統(tǒng)計學方法采用spss130和sas913版本進行統(tǒng)計學處理和分析,各組神經遞質水平檢測數(shù)據(jù)分別進行方差齊性和正態(tài)分布檢驗,方差不齊采用秩和檢驗,檢驗水平α=005。
2結果
21各組行為學觀察和評分各組治療前后運動行為和刻板運動積分見表1。模型組行為學評分與空白組比較,差異有顯著性意義(p<001),表明造模是成功的。
治療14d后,中、西藥組運動行為積分和刻板運動積分降低,與模型組比較差異有顯著性意義(p<005或p<001),表明中藥組和西藥組對動物行為均有明顯改善作用,中藥組效果與西藥組相仿。
22各組治療前后腦組織da、ne含量變化比較表2結果顯示:模型組腦組織da水平降低,ne水平升高,與空白組比較差異均有顯著性意義(p<001);治療14d后,中、西藥組均可顯著升高da水平,降低ne水平,與模型組比較差異均有顯著性意義(p<005或p<001),中藥組作用與西藥組相仿。表1各組治療前后運動行為和刻板運動積分比較(x±s) 表2各組治療前后神經遞質水平比較
3討論
idpn是一種中樞神經毒素,50年代以后就用于神經病理學的研究,本研究參考wakata[3]的方法復制模型,從神經生物學和行為學兩方面觀察藥物治療對ts模型動物臨床行為學典型特征的影響。idpn誘發(fā)ts模型大鼠出現(xiàn)明顯刻板運動和運動行為異常,如過度興奮、探究行為、異常跑跳、旋轉行為和頭頸部上下側擺等動作均具有ts臨床行為學的典型特征,有時出現(xiàn)連續(xù)的嗤鼻、抬舉上肢等動作,類似于人類ts患兒喉部發(fā)聲、聳肩等特征行為。本研究通過對藥物治療前后ts模型大鼠運動行為和刻板運動行為評分的比較,發(fā)現(xiàn)中藥組在改善動物ts典型特征行為方面效果明顯,如頭部、頸部的抽動減輕,旋轉行為明顯緩解,每次異常行為發(fā)作持續(xù)時間縮短,異常抽動次數(shù)消失,異常跑動及不規(guī)律的彈跳運動明顯減少。
雖然目前對ts的神經生物學物質基礎還未完全闡明,但基本認為中樞神經遞質,特別是da、ne、5-羥色胺(5ht)等與ts之間關系密切[5],因此,探討大腦多巴胺類神經遞質及其代謝產物的水平是證明藥物神經生物學療效的主要依據(jù)。本研究對大腦海馬區(qū)da和ne水平進行測定,結果表明:治療后中藥組da水平明顯升高,而ne水平有所下降,均趨向于正常水平。與ts有關的神經遞質包括乙酰膽堿、腎上腺素、5ht、多巴胺等,主要分布于紋狀體、隔區(qū)、藍斑、黑質等海馬、基底前腦及邊緣系統(tǒng),構成復雜的神經網絡[6-8]。有關藥物治療對大腦組織不同部位和核團神經遞質水平的影響文獻報道并不一致,而且與檢測時間點有很大關系[8]。本研究結果初步表明,中藥治療14d后,對大腦組織da和ne兩種神經遞質水平的變化產生顯著影響,對于治療過程中以及停藥后神經遞質的動態(tài)變化仍需進一步觀察。
益智寧神口服液的主要組成為:熟地黃、黃芪、白芍、龍骨、遠志、石菖蒲、五味子。其中熟地,其味甘,性微溫,入心、肝、腎經,本品味厚氣薄,為補血生精、滋陰補腎之要藥,《珍珠囊》曰:“主補血氣,滋腎水,益真陰”。黃芪,味甘,性微溫,入脾、肺經,質輕升浮,為升陽補氣之圣藥??裳a中氣、益元氣、溫三焦、壯脾陽,選以補脾益氣。白芍味苦、酸,性微寒,入肝經,既能養(yǎng)血斂陰,又能平抑肝陽,還能柔肝止痙;而龍骨味甘、澀,性微寒,入心、肝經,專攻平肝潛陽、鎮(zhèn)靜安神之用,兩者搭配,養(yǎng)陰寧心,平肝潛陽。五味子性溫,五味具備,酸能收斂,苦能清熱,咸能滋腎,溫而不燥,既能益氣生津,補腎養(yǎng)心,用其養(yǎng)心滋腎安神;遠志、石菖蒲有安神益智、化痰開竅之功效。諸藥配伍,具有健脾滋腎、平肝熄風、寧神益智、化痰開竅之功效。氟哌啶醇是目前治療ts的最有效藥物之一[9],療效確切,但因副作用明顯使其臨床應用受到限制,通過實驗結合臨床用藥發(fā)現(xiàn),益智寧神口服液的療效與氟哌啶醇無明顯差異,且療效更加穩(wěn)定,易為患兒及家屬接受。
【參考文獻】
[1] freeman r d, fast d k, burd l, et a1.an international perspective on tourette syndrome:selected findings from 3500 individuals in 22 countries[j].dev med child neurol, 2000,42( 7 ):436.
[2]楊麗新.培土抑木法治療小兒抽動穢語綜合征36例[j].浙江中西醫(yī)結合雜志,2001,11(9):575.
[3] wakata n, araki y, sugimoto h, et al. idpninduced monoamine and hydroxyl radical changes in the rat brain[j]. neurochemical research, 2000, 25(3):401.
[4]劉智勝.小兒多發(fā)性抽動癥[m]. 北京:人民衛(wèi)生出版社, 2002:237-238.
[5]劉師蓮,張兆蓮,劉賢錫,等. 大鼠腦組織單胺類遞質及其代謝產物的檢測方法研究[j].山東大學學報:醫(yī)學版,2002,40(5):472.
[6]wong d,brasic j,singer h,et a1.pet imaging of dopamine and serotonin in tourette syndrome[j]. neuroimage,2006,31(4):162.
[7]swerdlow n r, sutherland a n. using animal models to develop therapeutics for tourette syndrome[j]. pharmacol ther,2005, 108(3):281.
科學家的生活軼事、古人的科學觀點、文學作品中的科學現(xiàn)象以及科學哲學等人文知識均可以融于專業(yè)課堂中。從小癡迷于動物的珍妮•古道爾26歲芳齡置身肯尼亞森林觀察黑猩猩,長期居住和接近使其獲得了黑猩猩的信任,并能仿效黑猩猩的動作和呼叫聲和它們作一定程度的溝通,這直接證明了物種間聲音交流行為的存在。古人的一些哲學思想也和行為學相符,例如《易經》中的小畜(通“蓄”)卦“”,為云行天上、小有蓄養(yǎng)之象,其實動物的休息行為也符合這個道理,休息的目的是減少耗能、積蓄能量,但不能過度,因為“蓄”是為了“發(fā)”,休息的是為了活動,活動才是動物的最終目的。而古代農書《齊民要術》中的“圈小則肥疾”則從科學的角度說明了休息在養(yǎng)殖中的應用,其所述“處不厭穢,泥污得避暑”則指的是豬通過在泥水中打滾調節(jié)體溫的行為。另外,很多古代文學中也包含行為學知識,如白居易的詩“須臾十來往,猶恐巢中饑。辛勤三十日,母瘦雛漸肥?!泵枋龅氖茄嘧拥挠仔袨?,杜甫的詩中“穿花蛺蝶深深見,點水蜻蜓款款飛”則是描述的昆蟲的。和動物行為相關的成語更是不勝枚舉,如舐犢情深、呆若木雞、飛蛾撲火、驚弓之鳥、山雞舞鏡等。發(fā)掘科學技術知識相關的文化知識,既能拓展學生的人文知識,又能使抽象的理論、枯燥的知識變得生動有趣。
二、培養(yǎng)科學精神
1.闡明科學影響
將科研成果及其對人類文明的影響納入教學內容中,并介紹學科中與當前國計民生密切關聯(lián)的知識。例如,對動物學習行為的了解有助于動物管理,動物的調教多是操作式條件學習的過程,這就必須控制行為和獎懲的時間間隔,研究表明在小馬咬人30秒后再懲罰無濟于事,卻會增加其對人的恐懼,充分利用幼畜的模仿學習也可以更快速有效的進行調教。利用動物探究行為的特點可以開發(fā)相應的養(yǎng)殖器械,不同動物的專門飲水器便是最典型的應用。通過科學應用的講述可以使學生了解科學與人類社會生產和生活的密切關系及其重大作用,激發(fā)學生對科學的興趣和造福人類與社會的熱情??茖W對社會既有正面作用也有負面影響。例如,育種科學的進步使人工選擇的進程大大快于自然選擇,特別是分子遺傳工程的發(fā)展使動物承受極高強度的選擇壓力,而育種過程中育種目標和生物適應度的不一致使得動物環(huán)境應對能力下降,一些行為甚至出現(xiàn)異常,例如雄性火雞的能力下降、高產蛋雞的孵化行為減弱、高瘦肉率的皮特蘭豬應激增多、高產奶牛的互吮癖等。教學過程中應引導學生反思科學對自然和社會帶來的危害,使學生注意科學應用的社會后果,引導學生形成正確的科學道德觀,樹立社會責任感。
2.再現(xiàn)科研歷程
科學發(fā)展歷程是不斷修正錯誤、走向真理的過程,也是無數(shù)人付出的過程。關于蜜蜂是色盲的說法曾經一度流行,有人在實驗室用變換顏色的燈對蜜蜂辨別顏色的能力做了實驗,發(fā)現(xiàn)無論顏色如何變化,蜜蜂總是飛向較亮的一邊,于是認為蜜蜂只能分辨光的強弱,不能分辨顏色。但動物學家卡爾•馮•弗里希對這一結論持懷疑態(tài)度,他在自然環(huán)境中對正在采蜜的蜂作了實驗,而且他用的不是燈,而是帶有各種顏色的紙板和不同色調的灰色紙板。結果發(fā)現(xiàn):采蜜的蜂對顏色是產生反應的,特別是對黃色和藍色。之所以會得出不同的反應,是因為出于逃生動機實驗室內的蜜蜂只會對光的強度產生反應,所以飛向較明亮的地方,而采蜜的蜂對顏色產生興趣則是采蜜動機的作用。弗里希對蜜蜂研究的最著名成就是蜜蜂的舞蹈語言,盡管很多人都難以相信蜜蜂具有這么奇妙的溝通能力,在生物界爭論多年后,最終證明他的發(fā)現(xiàn)是正確的,他也因此獲得諾貝爾獎。但對于蜜蜂舞蹈的重要性現(xiàn)在仍有爭議,克里斯托弗•格魯特等最近的研究發(fā)現(xiàn),在和找到食物的蜜蜂一同跳舞的那批蜜蜂中有93%的蜜蜂未能理解這只蜜蜂表達的有關食物的信息,而是飛到有其他食物來源的地方。事實上,在很多情況下,蜜蜂通常都無法搞懂跳舞的蜜蜂所傳遞的信息。有些蜜蜂甚至看了超過50遍的舞蹈,并且?guī)走M幾出蜂巢,但最終還是未能找到食物。而以前有關蜜蜂搖擺舞的多數(shù)實驗都是在非自然條件下實現(xiàn)的,外部環(huán)境很單一,因而蜜蜂舞蹈的表現(xiàn)也很簡單。毋庸置疑,搖擺舞對蜜蜂傳遞而言確實起著一定作用,但其真實的效果尚需進一步的研究來確定??茖W發(fā)展歷程是不斷修正錯誤、走向真理的過程,也是無數(shù)人付出的過程,對科研歷程的了解有助于學生真正理解實事求是、敢于批判、甘于奉獻、勇于探索的精神是科學發(fā)展的動力。
3.突出科學美學
科學本身就蘊涵了美,科學因其邏輯力量的內在和諧、理論架構的奇妙想象而具有極大的美學力量。行為學由于動物的多樣性,其中更是蘊含著力量之美、運動之美、情愛之美、和諧之美,等。例如,大部分幼年動物,不管哺乳動物還是鳥類,大都有共同的面部特征:短臉、寬額、大眼和圓鼓鼓的雙頰,因為這些視覺刺激可以激發(fā)母,這體現(xiàn)了動物的關愛之美;幼畜之間及母子之間的游戲行為則體現(xiàn)了和諧之美;雄性動物的領地保護行為體現(xiàn)的則是力量之美;雄鳥求偶炫耀的巢則體現(xiàn)了一種精益求精的巧妙之美。當然,不僅動物行為本身是美的體現(xiàn),科學探索的過程也是對完美的追求,通過突出科學中的美學可以將學生吸引到這一充滿情趣的殿堂,激發(fā)學生投身科學的興趣。
三、塑造健全人格
1.完善教學方式
重視學生的主體性,摒棄灌輸式授課,教學過程中不斷改進教學方式以起到很好的人文教育效果。例如,啟發(fā)式教學可以調動學生的主動性,培養(yǎng)學生獨立思考和解決問題的能力;探究式教學以學生為主體,通過學生自覺地、主動地探索,掌握認識和解決問題的方法和步驟,使學生的主體地位、自主能力都得到加強;討論式教學使學生始終處于“問題-思考-探索-解答”的積極狀態(tài),因學生看問題的方法不同,會有不同的觀點,并展開討論,從而在不同角度來揭示科學的內涵和基本規(guī)律可以培養(yǎng)學生的質疑精神和創(chuàng)新精神。通過課堂分組討論和課下布置團隊型作業(yè),可以培養(yǎng)學生的團隊精神、合作精神和奉獻精神。不同的教學方式,可以對學生人文精神的培養(yǎng)產生不同的作用。
2.營造民主課堂
營造一個良好的課堂氛圍,可以起到潛移默化的人文精神培養(yǎng)作用。通過多樣化的教學方式實施還有助于營造一種平等、和諧、民主、寬容、打破權威的課堂氛圍,讓學生去感受、體驗,既有助于學生產生對科學的熱愛和興趣,也接受了蘊含著人文精神的專業(yè)教育,養(yǎng)成了活潑、寬容的品行,強化了民主、自由精神,人文隨知識滲透到了學生的人格中。同時,通過大量的人文知識和實踐案例激發(fā)學生的興趣,可以有效地活躍課堂氣氛,充分的課堂討論也能激發(fā)學生的注意?;钴S的課堂氣氛既有助于學生的學習和記憶,也有利民主課堂氛圍的形成。
3.加強人文關懷
加強人文教育,更要在教學中體現(xiàn)人文精神,堅持以人為本的原則,要求學生樹立以人為本的思想。以人為本,就是對人的尊重、信任和關心,把最大限度地實現(xiàn)人的價值和自由作為教育的目的,一切為學生的發(fā)展服務。在教學過程中把學習的主動權交給學生,而不是把學生當作加工的原料;為學生的學習起到引導作用,而不是指導,尊重學生的主體性;高度重視學生的個性差異,切實做到因材施教;樹立為學生服務的思想,關心學生的學習和生活,盡可能為學生提供幫助。
4.樹立教師模范
【摘要】 [目的]探討電針對SD大鼠的行為學的影響。[方法]健康SD大鼠30只,隨機分為正常對照組(簡稱正常組)10只,模型對照組(簡稱模型組)10只,電針加模型組(簡稱電 針組)10只三組;正常組采用大平臺法造模;模型組采用小平臺法造模,電針組造模同模型組,給予每日1次的電針治療。采用曠場實驗檢測方法,觀察針灸的抗睡眠剝奪作用。[結果]電針能明顯改變其行為學指標。[結論]電針可以改善其行為學,這種作用可能與電針促進神經內分泌免疫學機制有關。
【關鍵詞】 電針;大鼠睡眠剝奪(SD);行為學;百會;三陰交
Abstract: [Objective] To investigate the effects of REMl sleep deprivation (SD) on actions to investigate the efficacy of application of electroacupuncture for treating sleep deprivation.[Methods]Thirty healthy SD rats randomly allocated to three groups (normal control,model (A1),electrotreatment groups).The rats of model (A1)group and electrotreatment group were induced in male rats by housing them on small platforms overwater,normalcontrol group rats were on big platforms overwater.After electrotreatment for electrotreatment groups,the changes of normal status and Open Field Test were measured with all rats.[Results]Electroacupuncture treatment can improve the actions.[Conclusion]Application of electroacupuncture can produce a fighting effect on sleep deprivation.The effect may be related to promoting the nerval endocrine cytokine of electroacupuncture.
Key words:electroacupuncture; rats sleep deprivation; actions;Baihui; San yinjiao
睡眠剝奪(sleep deprivation,SD)是指由于某些原因導致的所需睡眠數(shù)量被迫減少[1]。本研究通過觀察針刺對睡眠剝奪大鼠行為學的影響。探索針刺改善失眠等睡眠障礙患者臨床癥狀的作用機理。
1 SD大鼠模型的建立
1.1 實驗動物
健康SpragueDawley(SD)大鼠30只,雌、雄各半,體重200~250g,由成都中醫(yī)藥大學實驗動物中心提供。動物飼養(yǎng)環(huán)境溫度:(20±2)℃;濕度:60%~80%;水溫:保持在20℃左右。
1.2 主要儀器設備
小平臺(20個):根據(jù)文獻[2]制成30cm×30cm×40cm鼠箱,睡眠剝奪裝置為圓柱形,正中立一直徑6cm,高8cm的小平臺,從箱底注水,使水面離平臺約1cm。每天早晚8:30更換鼠箱中的水。上午8∶00~11∶00之間在安靜的房間內進行觀察記錄。將大鼠置于中心方格內,記錄大鼠在3min曠場內的活動,徹底清潔敞箱后再進行下1只大鼠的觀察。
1.3 動物造模
采用小平臺水環(huán)境法,剝奪箱為30cm×30cm×40cm大小的塑料水箱,正中立一直徑6cm圓形平臺,箱中注滿水,水面距平臺面約1.0cm。大鼠在平臺上可自由進食進水,如果睡眠,會因為肌張力松弛而落入水中,因而造成SD。為排除隔離、限制活動和水環(huán)境造成的應激影響,我們采用了大平臺水環(huán)境法,其平臺直徑為18.0cm,大鼠在平臺上可以睡眠,其他環(huán)境與小平臺水環(huán)境法相同。SD期間持續(xù)燈光照射,室內溫度控制在18℃~22℃。每天更換箱中的水,水溫保持在20℃左右。正常組(大平臺組)單獨籠養(yǎng),自然晝夜光照,電針組條件同睡眠剝奪組,共持續(xù)9d。結果:健康SpragueDawley(SD)大鼠30只,成功造模28只,實驗大鼠在造模過程中死亡兩只。其中正常組9只,電針組10只,模型組9只。
1.4 實驗分組及處理
SD動物模型成功28只,按照隨機分組的原則,分為正常組(即大平臺組)、電針組、模型組。
正常對照組(簡稱正常組):9只,采用大平臺,大鼠在已注水平臺上可以自由進食飲水和睡眠;并在電針組治療時,用與電針組相同方法進行抓放、固定,但不針刺。試驗期間持續(xù)燈光照射,室溫(20±2)℃。
模型對照組(簡稱模型組):10只,采用小平臺水環(huán)境法。將大鼠放于已注水的小平臺上,大鼠在平臺上可自由進食飲水,如果睡眠,會因為肌張力松弛而落入水中。余同正常組。
電針加模型組(簡稱電針組):9只,從試驗第2天開始,于每天上午9∶00針刺針灸組大鼠“百會”、“三陰交”,選用1寸30號毫針,電針,留針20min。穴位定位:根據(jù)李忠仁編著的《實驗針灸學》的實驗動物穴位定位。電針治療儀:采用G6805I型電針儀(青島生產);電針刺激參數(shù):頻率100HZ;電壓24V;波形:疏密波;強度:以大鼠能安靜耐受為度,約為2mA; 療程:1次/d,共治療9d。余同模型組。
2 電針SD大鼠一般狀況的影響
模型組與電針組在早期均表現(xiàn)為興奮性增高,易激惹,對外界的反應性及攻擊性增強,但72h后,可見身體明顯消瘦、精神萎靡、反應遲鈍、警覺力下降等現(xiàn)象。而電針組在72h后大鼠并無身體明顯消瘦、精神萎靡、反應遲鈍、警覺力下降等現(xiàn)象。正常組全程全部精神活潑、穩(wěn)定;活動如常;抓取時反抗較劇,咬人;自48h起全部對照動物耳廓、雙目和四肢末顏色呈淡粉紅色;144~216h,本組鼠毛由正常變?yōu)槁钥蓍隆⒊睗瘛?/p>
3 電針對SD大鼠的曠場實驗的影響
3.1 指標檢測方法
各組動物每天按組處理,并于處理后30min放入曠場中,測試其水平得分、垂直得分和中央格停留時間。曠場箱為木質箱,底面為12m 的正方形,劃為25個面積相等的小方格,箱高40cm,周壁涂成黑色。測試時,將大鼠置于曠場測試箱底面中心,觀察其3min內的行為。觀察指標:以大鼠在中央格(即不靠近周壁的9個格子)停留的時間為中央格停留時間(time of staying in center),以大鼠穿越底面的方格數(shù)為水平得分(crossing core ),以后肢站立的次數(shù)為垂直得分(rearing core)。記錄各組動物每天的垂直活動得分、水平活動得分和中央格內停留時間。并觀察動物修飾行為和大小便次數(shù)。每只動物僅做一次行為測定,每次試驗后,清洗曠場周壁及底面,以免上次動物余留的信息影響下次測試結果。
3.2 實驗結果
實驗結果見表1、2及圖2~4。 表 1 不同時間大鼠在曠場反應中的水平得分(s)(略)表2 不同時間大鼠在曠場反應中的水平得分(s)(略)
圖1及表1、2所示:正常組與電針組相比較,水平得分比較無意義,P=0.507(P>0.05);正常組與模型組比較有極顯著差異,P=0.001(P
圖2及表3、4所示:正常組與電針組相比較,垂直得分比較無意義,P=0.681(P>0.05);正常組與模型組比較有極顯著差異,P=0.002(P
從圖3、表5及表6可知,正常組與模型組比較有極顯著差異(P
4 討論
4.1 關于SD動物模型的選擇
睡眠剝奪動物模型是引起失眠較理想的研究睡眠的手段。本研究采用小平臺水環(huán)境法進行SD表明:平臺面積與大鼠體重量之比為1∶1時不會產生SD,故本研究中大平臺直徑為18.0cm,在實驗前后大平臺組體重無明顯變化,說明其應激水平遠遠低于SD組。水環(huán)境和隔離對動物確實產生一定的應激作用,這從曠場實驗得分可知。由曠場實驗得知,與正常組相比,大鼠SD后精神行為表現(xiàn)出一定的興奮性,修飾行為或“洗臉”行為增多。我們知道修飾行為常發(fā)生于產生矛盾或害怕的情境中[3],說明SD環(huán)境使大鼠情緒非常緊張恐懼,攻擊行為增多。SD時間短,表現(xiàn)為一定的興奮,72h以后則有抑制趨勢。正常組由于一定的應激作用,興奮性較高,并且沒有SD的影響,所以曠場實驗得分優(yōu)于其他各組。由于大鼠SD后興奮性的提高,隨著SD時間的延長,剝奪程度加深。
4.2 電針對SD大鼠曠場實驗的影響
曠場實驗(Open Field Test)是目前最常用的一種動物心理實驗方法,用來研究新環(huán)境中自發(fā)活動(Spontaneous Activity)和探究行為(Explore behavior),檢驗受試動物在新環(huán)境下探究行為和適應性。
從測試結果可知,正常組動物的水平得分及垂直得分呈下降趨勢,表明動物活動性下降。實驗中觀察到,正常組動物生活相對安逸,又因為曠場測試在白天進行,正是大鼠的相對安靜時間,故而動物不愛活動;實驗的后期尤其如此;這可能也同其對曠場環(huán)境的逐步熟悉有關[4]。但與此同時,正常組動物表現(xiàn)機敏、反應靈活、目光有神、空間識別能力強。模型組動物卻不如此,水平得分及垂直得分均有很大的波動,在SD192h時仍相當高,在最后一次測試時仍在增加。此時動物極為疲憊,體力己衰弱而殆盡,行走時表現(xiàn)方向感極差。與此同時,電針組動物則表現(xiàn)較為穩(wěn)定,波動比較小。
中央格停留時間反映動物對環(huán)境的認知能力。正常動物會避開空曠環(huán)境,迅速離開中央格,沿周邊活動。如果對新環(huán)境的認知能力差,則停留在中央格的時間就會延長。從我們的測試結果來看,正常組大鼠在中央格的停留時間日益減少;事實上,這組動物在放入曠場實驗箱后通常會迅速離開中央地帶,行至角落或箱壁下,整理毛發(fā),偶爾站立,少有行走。模型組動物經過長時間SD,對環(huán)境的認知能力明顯下降,常反復穿越中央地帶并在其中逗留,呆在中央格中的時間不斷增長。電針組動物的中央格停留時間則有不同程度的下降,提示電針可以改善睡眠剝奪大鼠的空間認知能力。
此外,曠場行為測試指標還包括理毛時間(修飾時間)和排便次數(shù)。理毛是動物滿足的表現(xiàn);排便多則反映了動物的緊張程度高。由于我們采用改良多平臺水環(huán)境法造模,接受SD的動物常常水濕毛發(fā),放入曠場中時欲將其毛發(fā)舔干而使理毛時間增加,從而對結果產生干擾。本實驗中,接受SD的動物雖然與正常動物有同樣的進食進水機會,但由于中樞、軀體雙重應激的影響,食欲明顯下降,尤其是實驗后期,進食顯著減少,因此,排便次數(shù)作為考察指標的準確性特異性也不強。故而我們沒有將這兩項作為考察藥物作用效果的指標。
參考文獻
[1]Drummond SP,Brown GG.The effects of total sleep deprivation on cerebral Responses to cognitive performance[J].Neuropsychopharmacology,2001,25(5):68.
[2]Mendelson W.B,Guthrie R.D,et al.The flowerpot technique of rapid eye movement sleep deprivation[J].Pharmacol Behave,1974,2:553556.
試驗用鰱均由湖北宜都漁場提供。試驗用魚通過充氧水包或供氧水箱車分批運送到三峽大學生態(tài)水工實驗室,暫養(yǎng)3d后進行試驗。暫養(yǎng)水槽為直徑2m、深為0.5m的圓形水槽。暫養(yǎng)期間水溫為(20.00±1.00)℃,24h連續(xù)持續(xù)充氧。每2d換暫養(yǎng)水的30%,每1d投食餌料和吸糞便、殘渣1次。
2試驗方法
試驗使用的圓形水槽同暫養(yǎng)水槽。試驗魚選擇鰱幼魚體長為(8.79±0.62)cm。試驗魚禁食24h后,放置于試驗水槽中適應區(qū),適應30min后進行試驗。試驗使用20尾魚,2尾魚為一組,共10組。每一組記錄視頻24h,白天采用自然光,晚上紅外光。試驗裝置的頂部1.6m處放置紅外攝像頭記錄試驗魚的自由游泳行為(圖1)。試驗水溫為(20.00±1.00)℃,溶解氧保持在6.0mg/L以上。試驗使用遮光布把試驗水槽圍住,避免與外界光干擾,禁止試驗水槽附近的活動,避免外界聲干擾。使用紅外攝像頭進行錄像,通過視頻回放每個小時隨機選取的10個1min視頻片段,采用SwisTrack4.0軟件、LoggerPro32軟件和手動視頻分幀處理方法收集鰱游泳過程中的數(shù)據(jù),以比較各數(shù)據(jù)采集方法的優(yōu)劣。SwisTrack軟件通過背景差值法實現(xiàn)二維平面上多目標自動追蹤功能,LoggerPro32軟件通過連續(xù)手動點擊跟蹤軌跡實現(xiàn)手動跟蹤,手動視頻分幀處理技術采用逐幀推進和像素定位換算的方法實現(xiàn)魚類行為測試。在SwisTrack軟件視頻分析的的過程中,如果隨意挑選視頻片段,常產生較多非正常值。通過視頻回放和肉眼觀察,發(fā)現(xiàn)這部分視頻出錯片段對比度不高,或出現(xiàn)反光,或魚類個體重疊。因此,在隨后的視頻處理中,選取對比度清晰,無反光,無個體游泳交叉行為的視頻。試驗記錄體長(BL)、自由游泳速度(cm/s)、相對自由游泳速度(BL/s)、最大自由游泳速度(cm/s)和相對最大自由游泳速度(BL/s)。自由游泳速度為非靜止時魚的速度,相對速度為游泳速度與體長的比值,最大游泳速度為該視頻片段中兩幀之間的速度最大值。為了比較各種方法,引入效率值表征各種方法的優(yōu)劣,效率值由三位操作人員根據(jù)實際操作經驗,以手動視頻分析為基礎分1分進行打分。
3討論
魚類游泳行為學在各種高科技的支持下取得了很大的發(fā)展,近年來涌現(xiàn)出了多種前沿技術。如彈出式衛(wèi)星數(shù)據(jù)回收標志(Pop-upArchivalTag)的中華鱘幼魚,RFID技術,DIDSON雙頻識別聲吶技術[7—9]。但是,上述各種技術對設備的要求高,成本大,同時對人員的要求高,不易廣泛推廣普及應用。因此,有必要尋找成本較低,較為易學且普通人群能夠接觸的技術。魚類視頻分析具備視頻易得的優(yōu)點,配合視頻分析軟件,已經有力的推動了魚類行為學的研究。如Paglianti和Domeniqi利用商業(yè)行為軟件WINanalyze分析了鹿角杜父魚(Leptocottusarmatus)的逃逸行為[10],Kanea,etal.[11]創(chuàng)建了視頻分析方法探討了底鳉(Fundulusheteroclitus)應激行為,吳冠豪和曾理江[12]開發(fā)了移動視頻平臺研究魚類游泳動力學,Wong,etal.借助商業(yè)行為軟件NoldusEthovision研究了斑馬魚(Daniore-rio)[13]行為在藥物篩選中的方法,徐盼麟等利用單攝像機實現(xiàn)了魚類的三維定位[14]。但是,魚類視頻分析技術仍沒有得到廣泛應用,其原因主要是有關行為學軟件的高昂成本或復雜性。SwisTrack作為一款免費軟件,操作簡單,成本低廉,能夠實現(xiàn)魚類行為定量。SwisTrack軟件的追蹤核心是基于OpenCV庫編寫的一套程序,主要技術路線如圖4。載入視頻后,SwisTrack對視頻分析解碼,通過OpenCV庫把視頻轉化為可處理格式,用背景圖對比視頻畫面,減掉靜止不變的背景畫面,標出運動的物體;加上蒙版,限制視頻檢測區(qū)域,算出只含有目標的運動圖像。SwisTrack依據(jù)視頻分辨率建立坐標系,視頻的左下角即為(0,0),根據(jù)視頻分辨率的像素點,以像素點為橫縱坐標,1個像素為一個單位,并根據(jù)像素點分配給運動檢測的目標物,在預先限制的蒙版范圍內對目標物進行追蹤檢測、處理。最后以視頻幀數(shù)作為時間軸,以像素點賦值追蹤目標,自動追蹤目標移動的過程,并生成數(shù)據(jù)報表。SwisTrack最初開發(fā)是作為一種機器人追蹤平臺,開展群機器人研究和行為生物學方面的研究,如通過追蹤一群蟑螂研究未知環(huán)境中蟑螂如何通過行為控制方式完成行為與步態(tài)生成[15]。將SwisTrack軟件靈活應用于魚類研究,取得了極好的數(shù)據(jù)獲取效果。與商業(yè)軟件LoggerPro和手工視頻處理方法比較,SwisTrack具有準確、高效的特點,克服了LoggerPro和手工視頻處理時的繁瑣,能很好地避免由于視頻中運動物體運動軌跡的錯綜復雜帶來的干擾。本文來自于《水生生物學報》雜志。水生生物學報雜志簡介詳見
在自然界,數(shù)只紙巢蜂的蜂后時常共同建立巢穴,它們通過比武來確定各自在巢穴中的地位。此時,紙巢蜂必須要記住那些比試過的同伴,以避免反復爭斗。為確定它們確實是依靠記憶同伴的面容來對此進行分辨,科學家設計了一個有岔路的帶電迷宮,一邊是沒有電的安全區(qū),另一邊則為通電道路,岔路用紙質的蜂臉圖片作為路標。試驗結果顯示,紙巢蜂能夠識別這種路標,當代表“有電”的蜂臉出現(xiàn)時,紙巢蜂都會避開這條路,并選擇走向“沒電”的蜂臉道路。
其實不僅是紙巢蜂,螞蟻中有一種厚結猛蟻也能互相識別,并且認得巢穴中的每一個成員。不過,這種情況只出現(xiàn)在成員比較少的群體中,如果蟻巢成員數(shù)量太多,它們就認不過來啦。過去,如果昆蟲稍微表現(xiàn)出學習或者智力傾向,滿臉嚴肅的專家們立刻就會糾正說這是一種本能。因為,昆蟲的大腦好比針尖大小,和我們的人腦相差太遠?!?5年前,如果有人說昆蟲能夠識別同伴的面容,肯定被認為是瘋了!”倫敦大學瑪麗女王學院的動物行為學家拉爾斯教授這樣評價道。
無獨有偶,2010年10月,法國圖盧茲大學的行為學家奧若瑞等人訓練蜜蜂分辨方向也取得了成功。他們也使用分叉的迷宮來做實驗,并將繪制有位置的簡單圖像展示給蜜蜂,蜜蜂只有飛到正確的位置才能獲得蜂蜜作為獎勵,如果飛錯了則會受到一些懲罰性刺激。經過訓練,蜜蜂迅速完成了學習,它們不僅能分辨出圖像中代表的“上”“下”“左”“右”,并且能從混合圖像中找出學過的圖像,甚至能夠理解一些和原來不同的圖像,可謂戰(zhàn)績驚人!
而這些小生靈給我們帶來的震撼還遠不止這些。數(shù)年前,有人曾飼養(yǎng)并觀察黃猄蟻的行為。這是一種利用絲黏合樹葉做巢的樹棲螞蟻,上千年來廣東的果農都用它們來獵殺柑橘害蟲。當時,他們將黃猄蟻的巢穴從樹上摘下來,因為怕它們逃逸,還特意用一個大號魚缸裝滿水,做了一個孤島把巢放上去。為了美觀,人們還在水中養(yǎng)了些很小的熱帶魚。隨后怪事便發(fā)生了,這些小小的熱帶魚莫名其妙地少了許多!這讓所有的人都百思不得其解。
終于,人們從黃猄蟻的巢中找到了小魚的尸體,揭開了謎底。原來,樹棲的黃猄蟻很快適應了魚缸的環(huán)境,這些原本是樹上的獵手竟然搞起了漁民的營生,它們將不經意間游到島邊的小魚拖上岸來吃掉了!這真的是單純的本能嗎?我無法確定。但是,如果將我們放在孤島上,估計也會是同樣的做法吧!