技术干货 | 详解啮齿动物自闭症行为的建模和评估方法

自闭症，又称孤独症、孤独性障碍(autistic disorder)等，是广泛性发育障碍(pervasive developmental disorder，PDD)代表性疾病，主要特征是：行为重复刻板、社交障碍、漠视情感、焦虑抑郁、语言发育迟缓等。自闭症严重影响人类生命和健康，疾病致残率高，社会负担重。随着对自闭症谱系障碍遗传和环境影响因素的深入了解，更多动物模型的有效使用促进了自闭症的基础研究。

为了让科学家从动物研究中获得转化价值，我们首先需要在啮齿动物中建立适当的行为相关性和分析。在本节中，我们将了解一些用于ASD行为研究的行为相关因素和检测方法。

1、社会互动分析
2、通讯检测
3、重复性行为检测

社会互动分析

与人类一样，啮齿动物是社会性动物，它们表现出许多社会行为，例如互惠互动、育儿、玩耍和攻击性行为。因此，设计了许多啮齿动物行为检测以最大限度地提高与 ASD 患者社会缺陷的相关性。

互惠社会互动

当老鼠被放在一个狭窄的空间里时，它们会在成对或群体之间进行互惠的社交互动。这些相互作用可以通过以下形式进行评估：

  • 鼻对鼻嗅，鼻对肛门生殖器嗅

  • 在彼此上下爬行

  • 互相推搡

  • 追逐

  • 正面接近和跟随

  • 摔跤

为了评估小鼠是否表现出类似自闭症的社交互动缺陷，通常使用自动视频跟踪系统来对互动的数量和持续时间进行评分。

社会方法

社交能力通常用小鼠的 3 室社交方法（或社交室）进行测试。该装置由一个中央空间和两个腔室组成。其中一个房间在金属丝杯内装有一只陌生的老鼠，而另一个房间则装有一个新物体。

社交能力被定义为活动老鼠在包含另一只老鼠的房间中花费的时间，而不是在包含新对象的房间中的时间。一个健康的被测鼠应该更喜欢花时间与另一只老鼠而不是非社交对象接触。

分区测试

分区任务是另一种评估小鼠社交能力的简单方法。它使用由穿孔隔板分隔的标准笼子将对象小鼠与笼子伙伴分开。被测老鼠可以接收来自笼子伴侣的视觉、听觉和嗅觉刺激，但物理交互被阻止。在隔断附近花费的时间是衡量社会兴趣的一种方式，这在 ASD 患者中通常会减少。

社会偏好测试

由于啮齿动物是社交和寻求新奇的生物，因此当有两个合作伙伴选择时，主题老鼠应该表现出社会认可，并比熟悉的啮齿动物花更多的时间与更新颖（不太熟悉）的啮齿动物相处。用于社会偏好任务的设备包括三室设备、分区测试设备和Y-迷宫。啮齿动物的社交程度是根据它与更新颖的老鼠相处的时间来评分的。

食物偏好的社会传递

与吃过新食物的笼友互动可以使主题老鼠熟悉气味。因此，与不太熟悉的食物类型相比，主题老鼠应该吃更多的这种食物。由于熟悉是通过密切的身体接触获得的，它反映了主题鼠的社交互动能力。因此，食物偏好的社会传播是评估小鼠模型社会障碍的另一种方式。

通讯检测

沟通障碍是自闭症的另一个标志。建模交流更成问题，因为人类主要通过语音进行交流，而啮齿动物通过嗅觉信息素进行交流。啮齿动物还会发出超声波范围内的声音，这被认为有助于交流。因此，交流范式测试通常包括对啮齿动物发出的嗅觉或听觉线索以及它们对接收此类线索的反应进行评分。

泌尿信息素

小鼠对来自其他小鼠的尿液气味表现出高度的兴趣。它们还留下尿信息素作为领地标记。计算气味标记的数量、嗅探次数和接近嗅觉线索的持续时间是对嗅觉交流进行评分的方法。

超声波发声

复杂的超声波发声是由老鼠在不同的社交场合发出的，敏感的超声波麦克风、耳机和高级软件都可以接收到。已发现幼鼠使用超声波发声来寻找它们的母亲。这种类型的交流可能在啮齿动物的幼年和母体行为中起着更重要的作用。在 ASD 模型（如Shank1基因敲除小鼠和BTBR 近交雄性）中观察到超声波发声的显着干扰。

重复行为检测

ASD 诊断的第二个标准包括存在运动刻板印象和重复行为。老鼠通常以重复盘旋、跳跃和梳理毛发的形式，以及对开阔场地的限制性探索。刻板印象的评分主要由调查员观察录像的小鼠行为并记录重复行为的持续时间来完成。

重复的自我修饰和大理石埋葬

重复自我修饰和埋在老鼠身上的大理石是刻板印象的具体例子，可以模拟特定的 ASD 人类行为，例如在 ASD 患者中组装相同的谜题或重复玩一个游戏。这些重复行为已在广泛的 ASD 模型中观察到，证明了对小鼠 ASD 的这种特征行为进行建模的表面有效性（平行表型）。

刻板动作行为，包括啮咬（用牙齿咬笼子，嚼木屑，无目的咀嚼）、将前爪举到嘴边或面部、舔（不包括理毛）、理毛行为、摇头、摇动爪子、用后腿站立及阶段性的发声，将所观察到的各项动作行为计数及其总和作为评估刻板运动的指标。

实验时可使用行为学视频追踪系统，实时记录动物相关行为。

认知僵化

经常伴随重复行为的 ASD 的另一个症状是认知僵化。它被定义为当行为对实现目标无效时无法改变行为。通常，当人们或啮齿动物处于需要改变解决问题的方法的新环境中时，他们在认知上是灵活的。

在小鼠中，可以使用经典测试（如T-Maze和Morris Water Maze）评估认知功能。但在研究 ASD 时，会测试动物在迷宫中的反向学习能力，作为认知僵化的指标。例子是：

  • 在 T 迷宫的另一侧找到食物奖励，从那里它第一次学会找到奖励

  • 在Morris水迷宫中重新安置隐藏的逃生平台

ASD 小鼠模型通常能够进行初始学习，但由于高度认知僵化而无法逆转。

文献参考

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