利用视频跟踪研究啮齿类动物的操作行为

在学习和记忆研究领域中存在着操作性行为，也称为操作性条件反射。首先，这种学习和记忆的形式似乎很容易研究。然而，当试图解释动物的某些反应与人类的某种程度的情感有关时，它会变得相当复杂。在本博客中，我们将解释这些类型的行为是什么，以及如何使用视频跟踪工具在啮齿类动物中有效地测量它们。

什么是操作性行为?

“操作性”一词最早出现在B.F.斯金纳的书中生物的行为1938年。在操作性条件反射中，三种主要类型的刺激被用于强化行为:正强化、负强化和惩罚。

叫做操作因为它产生了某种可以被理解和学习的结果。在经典条件反射中，巴甫洛夫的狗无法控制自己的唾液分泌。对于操作性行为，也称为操作性条件反射，作为奖励或惩罚的结果，一个反应(例如获得奖励)被学习和记忆被保留。这让我们了解了大脑在记忆形成和保持方面的功能。

如何衡量操作性行为?

操作性条件反射室，有时被称为“斯金纳箱”或“斯金纳箱装置”，是一个用来研究操作性行为的封闭装置。这样的房间有几个隔间，可以用门分开，门可以在激活时打开，例如，电动蜂鸣器或按下杠杆。

在这些房间里，(通常)啮齿类动物可以被教导按压杠杆(或执行某些任务)，以获得食物奖励，如颗粒。动物重复或不重复这种行为的可能性取决于相关的结果，可以是积极的或消极的(强化或惩罚)。

消极刺激，即惩罚，是一种减少(在本例中)大鼠或小鼠重复某一行为可能性的事件。这种刺激的一个例子是脚部电击。在这种情况下，杠杆按压会引发足部电击。但这种负面刺激也可以转变为负面强化，如果杠杆没有被按下，脚就会受到冲击，从而加强杠杆按压行为。

通过这种方式使用惩罚和强化，它可以帮助我们理解和学习记忆是如何被保留的，以及它们是如何与我们之前的经历联系起来的。换句话说，操作性行为是作用于环境，产生结果的行为。它是操作性条件反射的结果，可以在许多物种中观察到。

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如何训练操作性任务?

操作性条件反射室中的行为任务通常分为两个阶段。

第一阶段:训练任务

训练的第一阶段包括学习一种新的操作性反应，如“触摸”、“跳跃”或“回避”。这可以通过简单的试错训练来实现，即让受试者执行任务，并在他们达到目标时给予奖励:“按压杠杆，获得奖励”，或如前所述;“按下杠杆，接受惩罚”。

第二阶段:记录行为

一旦掌握了一个操作性响应，您将想要记录它在给定时间段内的所有发生情况，以便稍后分析它是否实际上得到了强化(即至少一次强化)。这样就可以开始记录行为了。

这是一个关键的步骤，因为它允许未来的分析和比较您的结果与其他研究。为了记录行为，你需要使用视频跟踪软件。视频跟踪技术的进步极大地提高了我们在训练和测试过程中跟踪行为的能力。直接分析数据的能力是在操作性条件反射任务中使用视频跟踪软件最令人兴奋的方面之一。

为什么视频跟踪对研究操作性行为至关重要?

视频跟踪在操作性条件反射研究中被广泛使用，因为它允许研究人员同时记录多个变量，同时跟踪每次试验中发生的情况。但在操作性行为研究中，视频跟踪在研究其他方面的行为时也是一个有用的工具，比如社会互动、焦虑类行为或抑郁类行为。

通过跟踪这些类型的行为，研究人员可以观察到动物周围发生的事情，而不必过多地移动它们，从而使环境标准化。这种标准化是必要的，因为它可以帮助我们从可能干扰结果的其他因素中分离出重要的信息片段，或者为我们提供额外的读数。

现在我们已经介绍了操作行为的一些背景知识，让我们看看这个领域最近的一项与视频跟踪相关的研究。

操作性条件反射研究的一个例子

肥胖研究:EthoVision XT在行动

Wahli和Huwart等人最近的一项研究开始调查食物奖励系统，因为这显示了肥胖期间的神经和行为失调。他们研究了饮食诱导肥胖(DIO)小鼠的纹状体炎症是否与对照组小鼠相比受到影响，同时也测试了肠道细菌对奖励系统的潜在影响。

因此，接受DIO的小鼠再次被分为对照组(安慰剂)组和每日给药组Akkermansia muciniphiladaily这是一种肠道细菌，与肥胖、2型糖尿病和炎症密切相关，因为它具有增加黏液厚度和增强肠道屏障功能的功能。这种细菌通常会引发宿主的代谢和免疫反应。

喜欢和想要

Noldus”表型，由EthoVision XT，用来进行食物偏好测试，以测试“喜欢”成分，而这些笼子也被用作操作性条件反射室，以测试食物奖励中的“想要”成分(操作性墙测试)。“喜欢”的成分与吃特定奖励食物时的愉悦感有关，而“想要”的成分则与获得它的动机有关。

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食物偏好测验

食物偏好测试表明，DIO小鼠对高脂肪高蔗糖食物的偏好低于第一次接触美味食物的小鼠。这表明，与(饮食诱导的)肥胖相关的食物摄入的享乐成分存在失调。

操作壁试验

操作性条件反射范式证实了与肥胖相关的动机奖励系统的改变，因为DIO小鼠不像对照组/瘦削小鼠那样通过按压杠杆(从操作性壁)获得食物奖励。这表明，这些影响是大脑中多巴胺能通路功能减退的潜在原因。

肠道细菌的影响

日常管理Akkermansia muciniphiladaily显示能够减少这些与肥胖相关的失调反应，可能是通过减少炎症通路的激活和纹状体中的脂质感应。

这项研究充分利用了完全集成的操作性条件反射室(视频跟踪和硬件控制)的全部潜力，为肠道菌群和行为神经科学领域提供了令人兴奋的证据，以及如何将它们集成到开发创新疗法，以改善肥胖、神经精神病学或其他(代谢)疾病的食物奖励反应。

视频跟踪技术极大地提高了我们研究操作行为的能力

视频跟踪技术极大地提高了我们在操作性条件反射测试(以及其他类似测试)的训练和测试过程中跟踪行为的能力。像EthoVision XT这样的软件可以让我们记录下动物和环境之间的互动，然后用先进的算法实时分析它们，这种算法可以区分不同类型的任务。

它使我们有可能看到当某些刺激出现时发生了什么，你可以使用这些信息来分析不同参数对操作行为的影响，如时间或反应类型。这让你能够量化动物在一个地方和另一个没有食物的地方(反之亦然)呆的时间，为你的读数添加额外信息。这项技术确实帮助我们理解了老鼠是如何在新环境中学习新行为的。

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参考

[1] W. Wahli等，“肥胖期间的食物奖励改变与小鼠纹状体炎症相关:Akkermansia muciniphila的有益作用”，《细胞》2022年第11卷第2534页，第11卷第11期，no. 2。16, p. 2534, 2022年8月，doi: 10.3390/CELLS11162534。