动物模型与评估丨八臂迷宫新任务范式

自由选择的八臂迷宫有一个中央区域，从中延伸出八个相同的臂。不同于传统的放射状迷宫的使用方式，将任务改编以利用小鼠天生的探索行为，使它们能够自然地参与到各种活动中并发展自己的偏好。与传统的迷宫训练范式不同，在这项任务中，小鼠不需要事先训练就可以导航和探索迷宫；它们从最初的测试会话就开始自发探索，小鼠自由探索10分钟，选择这个较短的实验持续时间是因为它能够有效地研究每只小鼠使用的急性、自由选择的探索策略。此外，在一个单独的实验中，小鼠经历了长达2小时的测试。这样做是为了评估当给予更多时间时，它们是否保持了初始的探索行为或是改变了对高吸引力食物（HPF）和跑轮的偏好。

迷宫的臂包含不同的选项如下：跑轮；常规实验室饲料；一个陌生的同性别同类小鼠；一碗水；一个陌生的物体；一个被照亮的“光”臂；以及一个暗臂。光照和暗臂用不透明塑料绝缘，以减少光线泄露。一开始，最后一个臂是空的，但在实验后期安装了一个定制的HPF分配器，配备了一个电容式舔食传感器来测量消耗量。当被使用时，每检测到10次舔食就会分配6微升HPF。使用奶昔作为HPF，因为它对小鼠和人类都极具吸引力。

任务概述：

• 自由选择：小鼠可以在跑步轮和其他活动之间自由选择。

• 快速交替：小鼠能够快速地在不同的活动之间切换。

• 无外部奖励：即使没有额外的奖励，小鼠也会选择在跑步轮上花费大量时间。

• 美味食物选项：在提供美味食物作为另一个选项时，小鼠仍然保持其在跑步轮上的活动。

实验细节：

• 迷宫设计：使用一个八臂迷宫，其中包含一个跑步轮和其他几种不同的刺激，如美味食物、社交互动、新奇物体等。

• 探索时间：小鼠自由探索10分钟或更长时间，以便观察它们的行为模式。

• 习惯化：在正式实验之前，小鼠首先适应迷宫环境，确保它们在实验期间不会受到不必要的压力或焦虑。

• 食物适应：为了防止食物新奇恐惧，小鼠在正式实验前适应了美味食物。

• 偏好评估：通过监控小鼠的食物摄入量和跑步轮活动，评估它们对不同刺激的偏好。

• 长期观察：进行了2小时的实验，以评估小鼠是否能保持初始的探索行为或改变其偏好。

为了使小鼠适应迷宫，在第一天将它们放置在空迷宫中10分钟。然后，在接下来的7天里，除了HPF之外的所有臂的内容物都被引入，同时使用天花板上的摄像头记录小鼠的位置和跑轮活动。适当的适应是至关重要的，它可以最小化可能干扰任务表现解释的压力和焦虑。在仅跑轮的实验之后，为了避免食物新奇恐惧，小鼠在它们的笼子里适应HPF一天。随后的时间里它们被限制在HPF臂的装置中；通过监测它们的食物摄入量来评估它们对食物的偏好，无论是达到100个奖励（相当于600微升）还是最多30分钟的测试时间，先达到哪一个条件为止。所有小鼠都在两天内成功达到了这一阈值。HPF加跑轮的实验是在放射状迷宫中进行的。最后，关闭跑轮臂，再次评估小鼠在没有跑轮的情况下对八臂迷宫的位置偏好的情况。

能够研究小鼠如何自由且迅速地在跑步轮和其他自愿活动（如食用美味食物）之间交替。当有多种选择时，小鼠选择花费大量时间在跑步轮上，而无需任何外部奖励，并且即使在添加了美味食物作为选项后，它们仍然保持这种行为。

应用：

1. 内在动机与外在奖励：研究表明，小鼠即使在没有外在奖励的情况下，也会选择进行某些活动，如跑步。这提示我们人类的许多行为可能也是由内在动机驱动的，而不仅仅是为了获得外在奖励。

2. 多任务处理：小鼠能够迅速在不同活动之间切换，这与人类在日常生活中处理多项任务的能力相似。这有助于理解大脑如何协调和管理多任务。

3. 探索与习惯形成：小鼠在迷宫中的探索行为和对特定活动（如食用HPF）的偏好形成，可以帮助了解人类探索新环境和形成习惯的过程。

4. 决策过程：小鼠在面对多种选择时的行为决策，为研究人类在复杂环境下的决策制定提供了模型。

5. 行为的灵活性：即使在环境条件变化（如添加了可口食物）后，小鼠仍能保持其行为模式，这表明行为具有一定程度的灵活性。

6. 环境对行为的影响：研究中迷宫环境的设计和变化对小鼠行为有显著影响，这强调了环境因素在塑造人类行为中的作用。

7. 健康行为的促进：小鼠对跑步的自然偏好可能与人类对运动的自然倾向相对应，这对于设计促进健康行为的策略具有潜在意义。

8. 行为与生理需求：小鼠在食物和运动之间的选择可能反映了基本生理需求之间的平衡，这对理解人类如何平衡不同生理需求具有启示作用。

通过这些启示，研究者可以更深入地探索人类行为的神经生物学基础，以及如何通过改善环境和提供更多健康选择来促进积极的行为模式。

文献引用：

1. Tesmer, A.L., Li, X., Bracey, E. et al. Orexin neurons mediate temptation-resistant voluntary exercise. Nat Neurosci (2024). https://doi.org/10.1038/s41593-024-01696-2