评估大鼠行为灵活性的操作性实验方法

以下实验的总体目标是利用一种自动化的操作性实验方法，评估大鼠的行为灵活性，包括策略转换和反转学习能力。首先，对动物进行杠杆按压行为的预训练，使其熟悉杠杆的伸出与回缩动作，并确保其反应稳定一致。随后，让动物接受目标序列中的第一项任务测试。

例如，通过从线索辨别到反应序列的训练，评估动物学习辨别规则的能力。随后，让动物执行目标序列中的第二项任务，以评估其行为灵活性，即动物从一种规则转换到另一种规则的能力。实验结果表明，不同的药理学或解剖学干预措施会对行为灵活性的不同方面产生影响。

与现有的基于迷宫或挖掘任务的方法相比，该技术的主要优势在于能够实现更高的刺激控制和标准化程度，并且数据采集速度显著提高。演示该实验操作的是我实验室的本科生 Bradley Roberts，他将进行大鼠行为灵活性测试。实验需使用配备至少两个可伸缩杠杆的操作箱，杠杆分别位于中央强化物递送区域的两侧；每个杠杆上方设有一个刺激灯，另设有室内照明灯和强化物分配装置。

确保室内灯光照亮整个实验箱，同时不影响对刺激光的检测。使用可口的食物作为强化物，例如45毫克的蔗糖颗粒。通过与计算机连接的接口控制刺激呈现、杠杆操作和数据采集。

有关大鼠预训练的更多细节，请参考文字方案。根据文字方案中的指导，对大鼠进行可伸缩杠杆训练，使其熟悉杠杆的伸出与回缩动作，并确保在进入任务主要测试阶段时，大鼠的遗漏反应相对较少。在每次试验中，以伪随机顺序交替伸出左右杠杆，使得左杠杆试验和右杠杆试验各为45次，且连续相同侧杠杆试验不超过两次。

伸出相同的杠杆，或伸出选定的杠杆。当动物在10秒内按压杠杆后，给予强化，随后收回杠杆。如果动物在10秒内未作出反应，则收回杠杆并记录为一次遗漏。

继续进行每天30分钟的可伸缩杠杆训练，持续固定天数，或直到动物连续两天内遗漏次数达到五次或更少，以对动物进行队列-反应序列测试，该序列是策略转换测试中两种可能测试序列之一。开始对动物进行Q任务测试。该任务强化动物对点亮刺激灯下方杠杆的反应，是该序列中的设定任务。

每次试验开始时，两个杠杆均处于缩回状态，点亮左侧或右侧的刺激灯，持续三秒钟。随后将两个杠杆同时伸出至实验箱中，持续10秒或直至动物作出反应。仅当动物在被信号指示的杠杆上作出正确反应时，才给予强化，无论其在哪个杠杆上作出反应。

收回操纵杆。在整个实验过程中，每隔 20 秒开始一次试验。以伪随机方式确定试验顺序，确保相同刺激的试验连续出现不超过两次。

光照开启。继续试验，直到动物完成连续10次正确反应，并至少完成30次试验，或完成150至200次试验但未达到标准。在达到Q任务标准的次日，将动物转入反应任务，该任务为序列中的转换任务，动物在与其偏好侧相反的杠杆上做出反应时会得到强化。

无论提示如何，当两个操纵杆均处于缩回状态时，伪随机地照亮任一刺激灯，持续三秒钟，随后将两个操纵杆同时伸入实验腔内，持续10秒或直至动物做出反应。仅当动物在与其所在侧相对的正确位置操纵杆上做出反应时给予强化；若动物在任一操纵杆上反应但不符合正确位置，则不给予强化。随后缩回操纵杆，继续进行试验，直至动物连续10次正确反应达到判定标准。

有效的策略转换依赖于内侧前额叶皮层。在治疗的第一天，前额叶失活并未影响动物在Q组任务中的表现。然而，在第二天，前额叶失活显著损害了动物在反应转换任务中的表现，表现为动物需要更多的试验次数才能达到标准表现水平。

相比之下，反应逆转辨别能力并不依赖于内侧前额叶皮层。在逆转日接受前额叶皮层失活的动物与注入生理盐水的动物之间未表现出差异，这一结果支持了以往的研究发现，即眶额叶皮层而非内侧前额叶皮层在多种任务中调控逆转学习。为了说明提示试验如何有助于数据分析，大鼠在第一天习得了一项视觉辨别规则。

在第2天，大鼠接受溶剂或haloperidol处理，随后进行20次第1天的提示试验，之后转入反应辨别阶段。结果显示，haloperidol在提示试验期间损害了视觉线索的提取。随后，经haloperidol处理的大鼠达到标准所需的试验次数更少，这一结果若无提示试验数据，可能会被误认为是策略转换能力的改善；但提示试验表明，动物对先前规则的记忆实际上受到了损害。

为了探究行为灵活性和执行功能的神经生物学基础，可以将其他方法（如解剖学、环境或遗传操作，以及生理学或化学记录技术）加入到本实验流程中。