斑馬魚行為學(xué)實驗介紹

斑馬魚是一種典型的白晝活動和具有較好視覺功能的魚類，視網(wǎng)膜面積為(3.04 ± 0.29)mm2，厚度 為(167.5 ± 12.5)μm，視網(wǎng)膜細(xì)胞層可分為10層，神經(jīng)節(jié)細(xì)胞總數(shù)量約為 40000～56000 個，感光細(xì)胞層(包括色素上皮層)與神經(jīng)網(wǎng)膜厚度比值約為 1∶1.3．頂蓋是魚腦中高度發(fā)達(dá)的部分，視覺信 息通過視交叉投射至對側(cè)頂蓋，而很少投射至同側(cè)頂蓋．視覺信息輸入在斑馬魚群聚、捕食、逃避等**神經(jīng)活動中都占主導(dǎo)地位．已經(jīng)報道過的視覺行為學(xué)實驗有：驚恐反應(yīng)(startle response)、 趨光反應(yīng) (phototaxis)、 眼動反應(yīng) (optokineticresponse)、視動反應(yīng)(optomotor response)、逃避反應(yīng)(escape response)和背光反應(yīng)(dorsal light reflex)等.

驚恐反應(yīng)(startle response)
斑馬魚的驚恐反射是一種可以由視覺、聽覺與嗅覺誘導(dǎo)的明顯的生理反應(yīng)．驚恐反應(yīng)可以用來簡 單地檢測斑馬魚的視覺功能是否正常．視覺正常的斑馬魚在經(jīng)過一段時間的適應(yīng)后，如其所在區(qū)域的 光線突然變暗或者變亮，它會有一個迅速地逃脫該區(qū)域的動作．Easter 等進(jìn)一步研究表明，斑馬魚 的驚恐反應(yīng)是在受精后 68 h(hour post-fertilization,hpf)產(chǎn)生的，雖然這時斑馬魚的眼睛還在形成當(dāng)中，而且視網(wǎng)膜神經(jīng)元的突觸也正在建立．斑馬魚發(fā)育到 96 hpf 后，由于幼年斑馬魚具有自由運動的能力，對驚恐反應(yīng)的檢測將變得比較困難，因此對斑 馬魚突變體的檢測一般不使用該行為學(xué)方法．

趨光反應(yīng)(phototaxis)

斑馬魚的趨光反應(yīng)是指斑馬魚在黑暗環(huán)境下會趨向于有光的環(huán)境，但這種行為學(xué)實驗一般也不用 于突變體的檢測．在一個一分為二的水缸中，無論 是剛開始時兩邊都處于光照環(huán)境然后將一邊遮光， 還是剛開始兩邊都為黑暗環(huán)境然后將一邊光照，斑馬魚都將趨向于有光照的一邊．這種行為在幼年斑馬魚和成年斑馬魚中都可以表現(xiàn)出來．該行為學(xué)有時可以用來簡單地檢測斑馬魚的視覺功能，但是 這種反應(yīng)不是十分地強烈，因為有實驗顯示在經(jīng)過5min 的暴露之后，也只有 85%左右的斑馬魚遷移 到光照的一邊．

眼動反應(yīng)(optokinetic response, OKR)

眼動反應(yīng)是檢測斑馬魚視覺相關(guān)基因突變的經(jīng)典行為學(xué)實驗．受精后第3天(day post-fertilization,dpf)開始，幼魚在光適應(yīng)一段時間后就會對移動的 光柵進(jìn)行注視，如果光柵是在一個圍繞幼魚的圓筒上移動時(圖 1)，幼魚的眼睛就會一直追隨光柵直 到其眼睛不能再轉(zhuǎn)動，然后就會有一個急速的眼顫 動以回復(fù)到*初水平．之后又進(jìn)行下一個追隨反 應(yīng)，如此循環(huán)．斑馬魚所在培養(yǎng)皿的正上方放 置一個數(shù)碼攝像機(jī)對其眼動進(jìn)行實時記錄，然后用 專門的軟件分析眼睛與體軸的夾角，從而可以篩選出視覺功能存在缺陷的個體．Streisinger 在**次 將斑馬魚作為模式動物的時候就已經(jīng)注意到這種現(xiàn) 象，他們*早應(yīng)用了斑馬魚的眼動反應(yīng)和視動反應(yīng) 來篩選視覺缺陷的個體．

當(dāng)光柵是由圓筒上的黑白條紋產(chǎn)生時，調(diào)整條 紋的寬度可以調(diào)節(jié)刺激的空間頻率，而調(diào)整圓筒的 轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)刺激的時間頻率．當(dāng)使用數(shù)碼投影時，可以對黑白條紋的光柵進(jìn)行相應(yīng)的傅立葉變 換，產(chǎn)生一組帶有**信息(second-order)的光柵刺 激．Orger 等的實驗證實，幼年斑馬魚不僅可以 對**刺激指令起反應(yīng)，也可以對**刺激指令起正確的反應(yīng)．然而有意思的是，人類對這種次級指 令的視覺認(rèn)知是在視皮層中進(jìn)行的，可是斑馬魚卻沒有視皮層．因此，作者提出對刺激指令信號的提 取可能在低等脊椎動物的神經(jīng)回路中就已經(jīng)形成的 觀點．

報道中斑馬魚適合做 OKR 的年齡是在 73～80 hpf 時期，成魚暫時還沒有相關(guān)的 OKR 報道． 這是因為幼魚可以通過體表呼吸，當(dāng)幼魚固定在甲 基纖維素中進(jìn)行視動反應(yīng)時并不會因為窒息而死， 但是成年斑馬魚在甲基纖維素固定的情況下鰓部不 能張合以致死亡．不過我們進(jìn)行的實驗表明，用特定的方法固定成魚頭部與身體，同樣實驗條件下也可以看到明顯的OKR(實驗數(shù)據(jù)未發(fā)表)．

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