小鼠和大鼠视力的行为评估方法-视觉梯形水迷宫（VisualWaterTask）

一.视觉梯形水迷宫简介：

目前，评估小鼠和大鼠的视觉能力的方法是要通过确定视网膜的采样颗粒，通过电生理学，视觉诱发电位或解剖学方式评估鼠类啮齿动物的视觉能力。然而，仅靠这些方法并不能准确地量化视觉功能。由于其侵入性，它们还排除了正常视觉发育的纵向测量以及对操作后功能恢复的时程的研究。行为技术再加上动物自身已建立的心理-身体程序，提供了一种最佳的方法来量化视觉功能。

针对于小鼠和大鼠视力的行为评估，我们开发了一种基于计算机视觉识别技术可以快速确定啮齿类动物视敏度的装置。在装有浅水的梯形水槽的宽端，放置两块显示器，在两个显示器之一上随机显示一个光栅。前期对动物进行训练，并以固定的距离使其朝着屏幕游泳到显示光栅的屏幕区域，然后逃到隐藏在其下方的水下平台。老鼠都很快学会了这项任务。这里描述的任务的基本原理是利用动物将正弦波光栅与逃逸水相关联的能力作为其敏锐度的指标。首先必须对动物进行训练，以使其能够以较高的可靠性将低空间频率的正弦波光栅与均匀的灰色区分开，然后才能在较高的空间频率上评估这种能力的极限。

基本设备由一个梯形的池组成，池的一端并排放置了两个计算机控制的监视器。分隔线的长度决定了选择点和有效空间频率。水池中充满温热（22°C）的水，深度为15厘米。

二．视觉梯形水迷宫训练方法：

这项任务分为三个阶段：预训练；任务训练；视力测试。

在预训练阶段，逐渐对动物进行塑形，以找到隐藏在显示低空间频率光栅的屏幕下方的平台。在池中放置一个分割器，其中一个屏幕上显示一个周期较大的光栅，平台直接位于光栅下方。在第一次试验中，将动物从其饲养笼中取出，面向屏幕，放到离平台几厘米远的游泳池中。释放后，大多数动物会直接向前游泳并接触平台，然后爬上平台。他们都是放下后可在平台上停留几秒钟，随后将其取下并放回其饲养笼中。在下一次试验中，将光栅和平台的位置切换到另一侧，然后进行另一次试验。重复几次后，逐渐增加从平台的释放距离，直到动物可以从池的另一端可靠地游到平台上为止。在训练阶段，对动物进行适应以区分低空间频率正弦波光栅和均质灰色。释放槽位于水池中，以使动物的游泳路径居中，并消除实验者的任何放置偏斜。光栅和平台位置的交替模式被替换，首先是LRLRRLRR序列，然后是伪随机模式，其中一侧最多允许进行三个试验。在所有试验中，动物都必须游泳直到找到平台为止。

在训练阶段按照伪随机时间表在20至40个试验中动物达到近乎完美（80％+）的正确概率后，即可开始视力测试。中央障碍物的长度会影响任务的惩罚程度，因为在做出错误响应后，动物必须绕着它游动才能到达逃生平台。

在测试阶段，我们使用了一种限制程序的方法，以最大程度地减少动物的错误反应：在连续的试验之间，对刺激的空间频率进行微小的增量变化，直到动物将光栅与灰色区分开为止。碰巧。再次使用伪随机显示时间表来逐次确定哪个监视器将显示测试光栅。将动物放在释放斜槽中，并允许其在格栅下方找到平台。如果动物做出了正确的选择，则通过在屏幕上添加一个循环来增加刺激的空间频率，然后执行另一次试验。对于低空间频率，此过程将继续进行，直到出现错误为止，从而将花费在远离阈值的时间最小化。一旦发生错误，将继续进行其他试验，直到依次做出四个正确的响应，或者在十次试验的一个区块中做出七个正确的选择。在完成了大约动物预期阈值一半的试验后，最小试验次数增加到三项，然后再增加到四分之三的预期阈值。在较高空间频率下的误差之后，进行与如上所述。这种连续测试的方法对老鼠使用了大约15种不同的空间频率，对老鼠使用了大约30种。通常在十次交错试验中，每组以五到六只为一组对小鼠进行测试，每节持续45至60分钟，并且一天中最多进行三次。还对大鼠进行分组测试。但是，这三个阶段中的每个阶段都可能比小鼠进行更多的试验（最多15个）。当小鼠和大鼠在空间频率上无法达到70％的准确度时，可以达到初步阈值。为了确保此估计的准确性，应重新测试阈值附近的空间频率，直到产生清晰的性能模式为止。持续达到的最高空间频率被记录为敏锐度阈值。在某些情况下，对估计值周围的数据进行平均，并绘制出频次曲线。通常，在2或3天内生成最终阈值估计值，其中约60次用于小鼠，150次用于大鼠。

研究者发现可以在视觉水任务中训练小鼠和大鼠，并且可以定量评估其对光栅的敏锐度。此外，我们证明可以在延长的时间内进行稳定，可靠的测量。在预训练阶段，小鼠和大鼠都迅速学会了将游泳与平台相关联并从水中逃逸。过度的训练或长时间的测试（尤其是对小鼠而言）不能保证准确的结果，因为动物可能会体温过低和疲倦。在两次试验之间，我们让小鼠躺在加热垫上；然而，如果动物看起来明显冷或疲劳，最好的策略是让动物休息，然后再继续进行实验。