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一文了解习得性无助实验模型的建立与检测方法,看完全懂了!

2021.12.20

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起源:

习得性无助现象最早在20世纪60年代初由Mowrer博士的一名研究生Richard L. Solomon观察到的,当时他在测试经典巴甫洛夫条件作用和工具学习这两个过程在原则上是否可以分离和独立。他观察到,适度延长不可控的创伤事件经历会导致后来意想不到的行为变化。之后,Overmier和Seligman于1968年开展了著名的实验:起初把狗关在笼子里,只要铃声一响,就对它进行电击,狗关在笼子里逃避不了电击,多次实验后,铃声一响,还没进行电击,狗就伏倒在地开始呻吟和颤抖,即使把笼门打开,狗也不会逃走了。他们得出结论:将受试动物数小时内暴露于一个无法控制的创伤刺激事件中3-5分钟,会导致受试动物行为应对、联想学习和情绪表达方面的显著缺陷,他们将这些现象称为习得性无助。

应用:

习得性无助是常见的抑郁模型,常用于转基因、行为干预和药理学研究的抗抑郁的有效性验证。

关键因素:

习得性无助源于厌恶刺激(如电击)的不可控或不可避免的性质,而不是厌恶刺激本身。为此在有些文献中,会将实验动物分为三组[1],分别为可回避电击组、不可回避电击组、非电击组 ,实验数据表明只有不可回避电击组的老鼠会出现习得性无助的行为表现。根据电击可回避的方式不同,可分为穿梭回避电击、压杆停止电击等。有相关文献报道,小鼠实验中,穿梭逃避的数据更好[2]

常用的习得性无助模型有2种[3]

  1. 急性习得性无助(acute learned helplessness),通过让动物遭受不可避免和不可预测的电击而诱发;

  2. 先天性习得性无助症(congenital learned helplessness),通过挑选急性习得性无助的动物品系选择性繁育而来。


以急性习得性无助模型为例,分别介绍两篇高分文献中的大小鼠实验方案。

 实验材料:

动物若干(实验成功率约为60%,所以需要提前计算造模动物数量)、Panlab穿梭箱系统(包含隔音箱、电击发生器、检测软件等)

1.png

(点击图片链接,了解更多)
 实验流程:

整个完整的习得性无助实验分为造模时期和检测时期,研究表明在造模结束后的24-48h内动物习得性无助表型显著,72h小时后有所衰退,超过80%的无助动物在至少1周内仍处于习得性无助状态[2]

1、小鼠[4]

2.png

造模时期:

实验组:为期5天;将小鼠放入穿梭箱的一侧(单侧箱体尺寸:长20cm*宽17cm*高20cm),关闭中间隔层的门;之后给予小鼠70次无法逃避的足底电击,电击强度为0.5mA;电击持续时间为3s,电击的间隔时间(ITIs)为15s(或随机间隔5-15s);

对照组:来自于实验组的同笼小鼠,将小鼠放入穿梭箱的一侧,关闭中间隔层的门,与实验组同等时间处理(与实验组平行进行)。

检测时期:

将造模后的小鼠放入隔层门打开的穿梭箱中,让其在穿梭箱两侧自由探索3分钟,然后关闭隔层的门。此阶段包括30次电击测试,每个电击间隔30秒。每次电击试验开始前,隔层的门都会升起来,紧接着给予强度0.5mA、持续时间为15s的电击,当动物穿梭至另一侧时,则电击终止。检测动物从电击的一侧穿梭至无电击的另一侧所需的潜伏期(若动物未穿梭,则记录为逃避失败,且以15秒作为逃避潜伏期)。造模成功的动物,逃避失败率显著提高,且平均逃避潜伏期显著增长。

2、大鼠[3]

造模时期:

实验组:为期5天;将大鼠放入穿梭箱的一侧(单侧箱体尺寸:长30cm*宽25cm*高30cm),关闭中间隔层的门;40分钟内给予120次不可控无法逃避的足底电击,电击强度为0.8mA;每次电击的持续时间随机在5s-15s不等,且电击的间隔时间(ITIs)也不可预测;

对照组:来自于实验组的同笼大鼠,将大鼠放入穿梭箱的一侧,关闭中间隔层的门,放置40分钟(与实验组平行进行)。

检测时期:

将造模后的大鼠放入穿梭箱内,打开中间隔层的门,允许动物在穿梭箱中探索5分钟;随后给予30次足底电击(电击强度为1.2mA,持续时间为10秒,随机ITIs为24±12秒)进行习得性无助行为评估,每次电击开始时穿梭箱的门将自动升起,如果动物完全穿越到笼子的另一边,足底电击终止。评估标准:如果动物在10秒的电击中没有逃避,则记录为逃避失败;如果动物在10秒的电击时间内穿到箱子另一侧,则测量平均逃避潜伏期。造模成功的动物,逃避失败率显著提高,且平均逃避潜伏期显著增长。

【参考文献】


  1. H Anisman et al. Rodent models of depression: learned helplessness induced in mice. Current protocols in neuroscience.doi: 10.1002/0471142301.ns0810cs14(2001)

  2. Chourbaji, S. et al. Learned helplessness: Validity and reliability of depressive-like states in mice. Brain Research Protocols 16, 70-78, doi 10.1016/j.brainresprot.2005.09.002 (2005).

  3. Li, B. et al. Synaptic potentiation onto habenula neurons in the learned helplessness model of depression. Nature 470, 535-539, doi:10.1038/nature09742 (2011).

  4. Brachman, R. A. et al. Ketamine as a Prophylactic Against Stress-Induced Depressive-like Behavior. Biol Psychiatry 79, 776-786, doi:10.1016/j.biopsych.2015.04.022 (2016).



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