曠場實(shí)驗(yàn)：評(píng)估小鼠自發(fā)活動(dòng)與焦慮樣行為的經(jīng)典范式

曠場實(shí)驗(yàn)由Hall于1934年首次建立，是行為神經(jīng)科學(xué)中最常用、最經(jīng)濟(jì)的篩選工具之一。該實(shí)驗(yàn)不需要復(fù)雜的訓(xùn)練過程，利用動(dòng)物對(duì)新環(huán)境的自發(fā)反應(yīng)，可在短時(shí)間內(nèi)高效獲取大量行為數(shù)據(jù)。其核心測量指標(biāo)，如總運(yùn)動(dòng)距離和中心區(qū)活動(dòng)，分別反映了動(dòng)物的一般活動(dòng)水平和焦慮樣狀態(tài)（在嚙齒類中，進(jìn)入危險(xiǎn)開放區(qū)域的意愿降低被解釋為焦慮樣行為增加）。

隨著視頻跟蹤技術(shù)和計(jì)算行為學(xué)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代曠場實(shí)驗(yàn)已從傳統(tǒng)的人工觀察記錄，進(jìn)化到可自動(dòng)追蹤并分析數(shù)十個(gè)行為參數(shù)的精細(xì)化系統(tǒng)。這使得研究人員能夠從簡單的實(shí)驗(yàn)中挖掘出更深層次的行為表型（Behavioral Phenotype），從而更靈敏地檢測基因突變、藥物處理或病理模型對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能的細(xì)微影響。

曠場實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)基于嚙齒類動(dòng)物的生態(tài)學(xué)特性。在自然環(huán)境中，開闊地帶意味著暴露于捕食者之下的高風(fēng)險(xiǎn)，而邊緣區(qū)域（如墻邊、灌木叢）則相對(duì)安全。因此，當(dāng)小鼠被置于一個(gè)新穎的曠場裝置中時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出一種典型的趨避沖突（Approach-Avoidance Conflict）：

• 趨向性（探索動(dòng)機(jī)）：驅(qū)動(dòng)動(dòng)物移動(dòng)并探索新環(huán)境以尋找資源（食物、巢穴、同伴）。

• 回避性（風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避）：驅(qū)動(dòng)動(dòng)物避免暴露在開闊區(qū)域，傾向于在相對(duì)安全的邊緣區(qū)域活動(dòng)（稱為趨觸性，Thigmotaxis）。
  這種矛盾行為的平衡狀態(tài)被用來推斷動(dòng)物的情緒狀態(tài)，其中中心區(qū)域活動(dòng)減少和邊緣區(qū)域活動(dòng)增加被解釋為焦慮樣行為升高。

標(biāo)準(zhǔn)的曠場裝置是一個(gè)簡單的方形敞箱。

• 尺寸：對(duì)于小鼠，通常為40 cm × 40 cm × 40 cm（長×寬×高）。尺寸過大可能增加變異，過小則限制活動(dòng)。

• 材質(zhì)：通常由白色或灰色的不透明塑料制成，以減少反射并提供與動(dòng)物顏色的對(duì)比。

• 區(qū)域劃分：通過軟件（VisuTrack）將場地虛擬劃分為兩個(gè)主要區(qū)域：

  • 周邊區(qū)（Periphery）：緊貼箱壁的區(qū)域（通常寬約7-10 cm）。

  • 中心區(qū)（Center）：場地中央的區(qū)域（通常為總面積的20-40%）。

• 燈光控制：實(shí)驗(yàn)應(yīng)在隔音、弱光（需要均勻照明，不得有明顯陰暗區(qū)域，老鼠有趨暗性）的曠場箱內(nèi)進(jìn)行，同時(shí)避免人為干擾。
  
  3.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物準(zhǔn)備

• 品系與年齡：常用C57BL/6J等近交系小鼠，年齡通常為8-12周齡。不同品系基線活動(dòng)水平差異巨大（如BALB/c小鼠比C57BL/6J更“焦慮”），必須注意品系選擇和數(shù)據(jù)解讀。

• 適應(yīng)與飼養(yǎng)：實(shí)驗(yàn)前動(dòng)物應(yīng)在行為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)適應(yīng)至少5-7天，維持12/12小時(shí)光暗周期。所有測試應(yīng)在光照期內(nèi)相對(duì)固定的時(shí)間進(jìn)行，以控制晝夜節(jié)律的影響。

• 習(xí)慣化處理：實(shí)驗(yàn)前3天，每天對(duì)小鼠進(jìn)行短暫的輕柔抓取，以減少操作和運(yùn)輸應(yīng)激。

• 3.3 標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)流程

  階段一：設(shè)備準(zhǔn)備與校準(zhǔn)

• 徹底清潔曠場箱（通常用70%乙醇溶液），以消除上一只動(dòng)物留下的氣味線索。

• 校準(zhǔn)視頻攝像頭和跟蹤軟件，確保整個(gè)場地在視野內(nèi)，并正確定義中心區(qū)和周邊區(qū)。

• 階段二：實(shí)驗(yàn)測試

• 將小鼠輕輕從飼養(yǎng)籠中取出，背對(duì)實(shí)驗(yàn)者放入曠場箱的同一角落（如西南角）。

• 立即啟動(dòng)視頻記錄和跟蹤軟件，開始計(jì)時(shí)。

• 讓動(dòng)物自由探索5-15分鐘（10分鐘最為常用）。

• 測試期間，實(shí)驗(yàn)者應(yīng)保持安靜，盡量避免移動(dòng)或發(fā)出聲響。

• 測試結(jié)束后，迅速將動(dòng)物放回其家籠。

• 徹底清潔箱體，再進(jìn)行下一只動(dòng)物的測試。

• 階段三：數(shù)據(jù)提取與分析
  軟件自動(dòng)分析視頻錄像，提取關(guān)鍵參數(shù)。

  3.4 數(shù)據(jù)分析

  關(guān)鍵行為指標(biāo)可分為兩類：
  1. 活動(dòng)性指標(biāo) (Locomotion)

• 總運(yùn)動(dòng)距離：在整個(gè)測試期間動(dòng)物移動(dòng)的總路程（cm）。反映一般活動(dòng)水平。

• 平均速度：總距離/測試時(shí)間（cm/s）。

• 站立次數(shù)：動(dòng)物僅用后肢站立、抬起前肢探索空間的次數(shù)（Rearing）。反映探索動(dòng)機(jī)。

• 2. 焦慮樣行為指標(biāo) (Anxiety-like Behavior)

• 中心區(qū)活動(dòng)時(shí)間：在中心區(qū)域花費(fèi)的總時(shí)間（s）或占總時(shí)間的百分比。是最核心的焦慮指標(biāo)。

• 中心區(qū)活動(dòng)距離：在中心區(qū)域移動(dòng)的距離（cm）。

• 四. 應(yīng)用范圍
  4.1 神經(jīng)精神疾病研究

• 焦慮癥研究：焦慮模型小鼠（如通過慢性應(yīng)激誘導(dǎo)）通常表現(xiàn)出中心區(qū)活動(dòng)時(shí)間和距離的顯著減少。

• 抑郁癥研究：某些抑郁模型可能同時(shí)表現(xiàn)出活動(dòng)性下降（快感缺乏/精神運(yùn)動(dòng)遲滯）和焦慮樣行為增加。

• 精神分裂癥研究：通常使用苯環(huán)利定或安非他命等藥物誘導(dǎo)模型，表現(xiàn)為自發(fā)活動(dòng)過度（Hyperlocomotion）。

• 4.2 神經(jīng)退行性疾病研究

• 帕金森病：神經(jīng)毒素（如MPTP）誘導(dǎo)的多巴胺能神經(jīng)元損傷模型，表現(xiàn)為總運(yùn)動(dòng)距離和站立次數(shù)減少。

• 亨廷頓病：轉(zhuǎn)基因模型（如R6/2小鼠）在疾病早期常表現(xiàn)出活動(dòng)過度，晚期則轉(zhuǎn)為活動(dòng)減少。

• 4.3 藥理學(xué)評(píng)價(jià)

  曠場實(shí)驗(yàn)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物臨床前篩選的一線工具。

• 抗焦慮藥：如苯二氮卓類藥物（地西泮），預(yù)期會(huì)增加中心區(qū)活動(dòng)。

• 興奮劑：如安非他命，預(yù)期會(huì)增加總運(yùn)動(dòng)距離。

• 鎮(zhèn)靜劑/抗精神病藥：如氟哌啶醇，預(yù)期會(huì)減少總運(yùn)動(dòng)距離。

• 抗抑郁藥：效應(yīng)復(fù)雜，需長期給藥后才可能觀察到焦慮樣行為的改善。

• 4.4 遺傳學(xué)與表型分析

  曠場實(shí)驗(yàn)是表型驅(qū)動(dòng)遺傳學(xué)篩選的核心組成部分，用于鑒定影響自主活動(dòng)或情緒行為的新基因。

• 進(jìn)入中心區(qū)的次數(shù)：反映進(jìn)入開闊區(qū)域的意愿。
  數(shù)據(jù)通常以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤（SEM）表示，采用t檢驗(yàn)或方差分析（ANOVA）進(jìn)行組間比較，顯著性水平設(shè)為p<0.05。