利用斑马鱼作为模式系统进行的三室选择行为实验

我们展示了一种为啮齿类动物开发的三室选择任务可被改进用于评估斑马鱼视觉辨别学习的习得与反转过程。我们的行为实验装置旨在评估认知功能。斑马鱼一旦学会该任务，可在八周后仍保持记忆，因此该方法适用于斑马鱼突变体研究及药物暴露后的相关实验。

演示该实验操作的是来自康诺顿实验室的前博士生卡西·罗博士（Dr. Cassie Rowe）。准备一个三室选择测试装置时，先将一个铝制U形槽固定在40升（50厘米×30厘米×30厘米）水族箱的内侧玻璃壁上，将水族箱分隔成三个室，其中中央室的尺寸为10厘米×30厘米×30厘米。然后将由灰色PVC板制成的高10厘米的不透明隔板安装到铝制U形槽的两侧。

对于每项辨别任务，使用钩环胶带将米色、黑色或白色毛毡片分别固定在选择箱的外侧背面、侧面和底部。作为奖励，在每个选择箱后部角落的小型透明水箱中放置四条成年斑马鱼（这些斑马鱼不参与本研究），以形成同种群体。在连续三天的群体适应期间，将米色背景固定在两个选择舱室外侧，并在每个舱室中浸入一个活体鱼群水箱，然后将五至六条斑马鱼放入中央起始舱室，同时打开两侧滑动门，让鱼自由游动30分钟。

在适应过程中，实验斑马鱼进入任一侧边选择室后，应能够通过水族箱与鱼群互动和社交，以此作为奖励。当一条鱼的整个身体进入某一侧室时，即视为其已进入该侧室。对于个体适应，在以相同方式设置好实验装置后，将一条斑马鱼放入中央起始室中，并关闭滑动门。

两分钟后，同时打开两扇门，确保第一条鱼在30分钟内从中央腔室通过任意一扇门总共游动10次。每次鱼进入其中一个侧腔室时，给予奖励。完成适应后，在其中一个选择腔室的外侧放置一块白色毛毡，在另一个选择腔室的外侧放置一块黑色毛毡，并仅在其中一个选择腔室内放置鱼群奖励。

这将成为奖励侧。开始获取阶段时，将一条实验鱼放入起始室，此时选择室的通道应处于关闭状态。经过两分钟的适应后，同时打开两扇门并启动秒表，以评估选择潜伏期。

当鱼通过进入其中一个侧室来表示选择反应时，停止计时器。如果鱼正确选择了偏好侧，立即关闭中央室与该侧之间的门，将鱼限制在偏好侧一分钟，使其能够通过与鱼群缸互动获得奖励。将该次试验记为 C（正确）。

如果鱼游过了错误的门，使用网轻轻地将鱼转移回中央腔室，关闭两扇门，并将该次试验记为 I（错误）。如果鱼在门打开后两分钟内未做出选择，则将鱼移至正确的一侧一分钟，并将该次试验记为 M（标记）。一旦鱼被送回中央腔室，需等待一分钟后再进行下一次试验。

每条鱼完成八次习得试验后，将八次中至少有六次成功选择水箱正确一侧的鱼归类为高性能鱼，未达到此标准的鱼归类为低性能鱼。确定分类后，将高性能鱼与低性能鱼分别饲养。当鱼表现出能够完成简单辨别任务的能力时，将黑白毛毡固定在选择室的与习得任务相同的一侧，并将鱼群水箱浸入先前获得奖励的选择室对侧后方远角处。

按照演示方法对每条鱼进行单独测试。由于奖励侧与习得任务中的位置相反，该反转任务用于评估鱼类是否能够学会无论背景颜色如何，均能找到奖励所在的位置。当连续三个处理日各自完成总共八次试验后，以每两个试验为一组，分别报告三个反转日的实验结果，并将高表现和低表现鱼类的数据分开统计，以确定这两组在反转阶段的表现水平是否与习得阶段一致。

经过三天的训练，使用鱼群作为奖励进行条件训练的实验动物，平均需要125秒到达首次决策，平均需要725秒完成整个个体适应任务。在适应阶段未观察到显著的侧向偏好，与之前测试的其他奖励类型相比，被排除的鱼类数量极少。在习得阶段，每日高表现动物的数量逐渐增加，第三天的高表现鱼类数量较第一天更多。

所有鱼类在三次习得阶段中的初始选择潜伏期均逐渐缩短，表明随着习得天数的增加，其表现逐步提升。即使仅分析高表现力鱼类组，也观察到相同趋势。如本项辨别比率分析所示，所有鱼类在习得阶段结束时的表现均优于随机水平，表明鱼类已学会该辨别任务。

在完成辨别学习后，鱼类在为期三天的学习过程中表现出显著的逆转行为以及增强的辨别能力。三室选择范式还可用于疾病并发症的检测。例如，在本项分析中，评估了高血糖斑马鱼的适应和学习获取能力。

该任务提供了一种可靠的检测方法，可应用于多种与行为相关疾病的研究，例如糖尿病的高血糖并发症、阿尔茨海默病和痴呆症。