當(dāng)前，斑馬魚(yú)作為神經(jīng)科學(xué)與行為學(xué)研究的重要模式生物，因其與人類(lèi)基因相似度高達(dá)87%、胚胎透明、繁殖周期短等特性，在行為學(xué)研究領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的價(jià)值。
從經(jīng)典范式到高通量篩選的技術(shù)革新，從探索焦慮行為、學(xué)習(xí)認(rèn)知、社交防御等3大行為模塊構(gòu)建，到基因、神經(jīng)環(huán)路、復(fù)雜行為的整合分析，斑馬魚(yú)行為學(xué)研究不斷推動(dòng)著神經(jīng)科學(xué)、藥物研發(fā)、毒理學(xué)和發(fā)育生物學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展，并為人類(lèi)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)與精準(zhǔn)醫(yī)療應(yīng)用提供了全新的視角。本期，我們一起來(lái)探究探索焦慮行為的經(jīng)典范式及其應(yīng)用進(jìn)展——
Part 01 斑馬魚(yú)探索與焦慮行為實(shí)驗(yàn)
斑馬魚(yú)的焦慮行為與哺乳動(dòng)物類(lèi)似，其皮質(zhì)醇應(yīng)激通路與人類(lèi)高度同源，通過(guò)基因編輯可以敲除其糖皮質(zhì)激素受體基因，從而誘發(fā)斑馬魚(yú)焦慮表型。斑馬魚(yú)探索與焦慮行為研究，常通過(guò)曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)（Open Field Test, OFT）、新型水槽測(cè)試（Novel Tank Test, NTT）等實(shí)驗(yàn)方法，利用斑馬魚(yú)天生的趨觸性和對(duì)開(kāi)放空間的回避反應(yīng)，來(lái)量化評(píng)估斑馬魚(yú)在新環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)、探索行為和焦慮樣行為，可用于評(píng)估藥物的抗焦慮作用及焦慮相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制。如，給予斑馬魚(yú)抗焦慮藥物后，其在曠場(chǎng)中心區(qū)域的停留時(shí)間可能增加，表明焦慮水平降低。
斑馬魚(yú)曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)（OFT）
技術(shù)優(yōu)勢(shì)：是行為學(xué)研究領(lǐng)域中一項(xiàng)經(jīng)典且廣泛應(yīng)用的技術(shù)，通過(guò)量化斑馬魚(yú)在新異環(huán)境中的行為反應(yīng)，揭示其焦慮水平、探索動(dòng)機(jī)及運(yùn)動(dòng)能力等神經(jīng)行為學(xué)特征，具有操作簡(jiǎn)便、高通量、成本低等優(yōu)勢(shì)。
實(shí)驗(yàn)原理：基于斑馬魚(yú)對(duì)開(kāi)闊空間的自然行為反應(yīng)模式，通過(guò)分析魚(yú)類(lèi)的游泳軌跡來(lái)評(píng)估其焦慮水平和運(yùn)動(dòng)能力。焦慮水平較高的斑馬魚(yú)可能更傾向于停留在曠場(chǎng)邊緣區(qū)域，而較少進(jìn)入中心區(qū)域。
關(guān)鍵指標(biāo)：底部停留時(shí)間（反映焦慮程度）、總游動(dòng)距離（評(píng)估運(yùn)動(dòng)能力）以及重復(fù)轉(zhuǎn)圈行為（指示神經(jīng)異常）。
實(shí)驗(yàn)方法：使用透明或半透明水槽，當(dāng)斑馬魚(yú)剛進(jìn)入時(shí)，會(huì)因恐懼本能傾向于貼附邊緣區(qū)域活動(dòng)，即“邊緣偏好”，但其探究欲望又會(huì)驅(qū)動(dòng)其向中心區(qū)域探索。通過(guò)精確測(cè)量斑馬魚(yú)在中心區(qū)域與邊緣區(qū)域的停留時(shí)間、運(yùn)動(dòng)軌跡及速度等參數(shù)，可間接推斷其情緒狀態(tài)與認(rèn)知功能。
應(yīng)用案例：已有許多斑馬魚(yú)研究表明，不同藥理學(xué)的干預(yù)可顯著改變斑馬魚(yú)曠場(chǎng)行為表型，如嗎啡戒斷會(huì)增強(qiáng)邊緣偏好并增加甩尾行為，而乙醇處理則減少中心區(qū)域活動(dòng)抑制；帕金森病等會(huì)導(dǎo)致斑馬魚(yú)運(yùn)動(dòng)能力下降，重金屬暴露也導(dǎo)致焦慮行為增加等。
新型水槽測(cè)試（NTT）
技術(shù)優(yōu)勢(shì)：它是行為學(xué)研究領(lǐng)域的關(guān)鍵工具，通過(guò)水槽測(cè)量垂直探索行為，揭示其焦慮水平、探索動(dòng)機(jī)及運(yùn)動(dòng)能力等神經(jīng)行為學(xué)特征。
實(shí)驗(yàn)原理：基于斑馬魚(yú)的“趨地性”本能，當(dāng)首次被置于陌生水箱時(shí)，魚(yú)會(huì)因恐懼而在底部附近潛水以規(guī)避潛在威脅。隨著適應(yīng)環(huán)境，其探索行為逐漸增加，表現(xiàn)為向上層區(qū)域游動(dòng)。
評(píng)價(jià)指標(biāo)：頂部停留時(shí)間減少、進(jìn)入頂層延遲時(shí)間延長(zhǎng)、底部與上層區(qū)域的穿梭次數(shù)、總游動(dòng)距離、平均速度等。
實(shí)驗(yàn)方法：將斑馬魚(yú)隨機(jī)分為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，適應(yīng)性飼養(yǎng)后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。使用玻璃水缸作為測(cè)試容器，通常分為兩個(gè)相等的虛擬水平部分——底部和上部，通過(guò)視頻錄制系統(tǒng)記錄斑馬魚(yú)在測(cè)試容器中的行為。隨后，使用專(zhuān)業(yè)的視頻跟蹤和分析軟件對(duì)斑馬魚(yú)的行為進(jìn)行量化分析，記錄斑馬魚(yú)在不同區(qū)域的停留時(shí)間、運(yùn)動(dòng)軌跡、速度等參數(shù)，并計(jì)算相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)，以評(píng)估不同處理對(duì)斑馬魚(yú)焦慮樣行為的影響。
應(yīng)用案例：已有研究將斑馬魚(yú)新型水槽測(cè)試（NTT）應(yīng)用于益生菌研究、抗焦慮藥物驗(yàn)證、基因功能研究等。研究結(jié)果表明，長(zhǎng)期攝入鼠李糖乳桿菌的斑馬魚(yú)在NTT中上層停留時(shí)間增加，焦慮行為減少；抗焦慮藥，如丁螺環(huán)酮可延長(zhǎng)上層探索時(shí)間，與NTT結(jié)果一致；nacre突變體在開(kāi)放領(lǐng)域測(cè)試中底部停留延長(zhǎng)，揭示其焦慮相關(guān)行為異常等。
Part 02 斑馬魚(yú)行為分析及成像設(shè)備——環(huán)特自主研發(fā)，硬核登場(chǎng)！
隨著自動(dòng)化追蹤系統(tǒng)與深度學(xué)習(xí)算法的突破，國(guó)產(chǎn)斑馬魚(yú)行為分析設(shè)備正迎來(lái)關(guān)鍵窗口期。斑馬魚(yú)行為分析及成像識(shí)別設(shè)備不僅可以量化斑馬魚(yú)在曠場(chǎng)、水槽測(cè)試中的運(yùn)動(dòng)軌跡、區(qū)域停留時(shí)間等參數(shù)，為焦慮行為的客觀評(píng)估提供了科學(xué)依據(jù)，也能夠?qū)Π唏R魚(yú)神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行活體成像，觀察其神經(jīng)元的活動(dòng)、突觸的連接等微觀結(jié)構(gòu)，為失眠、焦慮、抑郁癥等疾病模型構(gòu)建、藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)及行為機(jī)制研究提供了更精準(zhǔn)的研究工具。
環(huán)特生物依托20年在斑馬魚(yú)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的積淀，推出全棧自研的斑馬魚(yú)高通量2D行為分析系統(tǒng)、斑馬魚(yú)成/幼魚(yú)3D行為分析系統(tǒng)、斑馬魚(yú)全景成像系統(tǒng)，并入選2025杭州市優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品推薦目錄！
其3D行為建模算法、全景動(dòng)態(tài)追蹤技術(shù)等核心指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，全球首創(chuàng)的360度全景成像系統(tǒng)攻克了斑馬魚(yú)多維立體觀測(cè)難題，其穩(wěn)定性、智能控制系統(tǒng)等也突破了關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了生物技術(shù)科研設(shè)備領(lǐng)域的重大突破，填補(bǔ)了斑馬魚(yú)專(zhuān)用設(shè)備空白，為國(guó)產(chǎn)斑馬魚(yú)設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。
斑馬魚(yú)3D行為分析系統(tǒng)
斑馬魚(yú)3D行為分析系統(tǒng)可用于斑馬魚(yú)成魚(yú)/幼魚(yú)神經(jīng)疾病、運(yùn)動(dòng)能力等相關(guān)行為實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤、數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)多條斑馬魚(yú)在同一空間內(nèi)的同時(shí)分析，可以拓展多個(gè)行為分析組件，進(jìn)行新型水箱測(cè)試、捕食者測(cè)試、社交測(cè)試，做記憶力訓(xùn)練、神經(jīng)受損、焦慮、性保健等模型實(shí)驗(yàn)。
斑馬魚(yú)2D高通量行為分析系統(tǒng)
DanioTrack 2D斑馬魚(yú)高通量行為分析系統(tǒng)，可用于斑馬魚(yú)成魚(yú)/幼魚(yú)神經(jīng)疾病、運(yùn)動(dòng)能力等相關(guān)行為實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的追蹤、活躍程度監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集，具備在同一平面內(nèi)針對(duì)多個(gè)目標(biāo)斑馬魚(yú)進(jìn)行同步分析的功能。
斑馬魚(yú)全景成像系統(tǒng)
Danio Visual斑馬魚(yú)全景成像系統(tǒng)，是一款為斑馬魚(yú)定制的軟硬件系統(tǒng)，其中包括前端的限位功能、光學(xué)成像模塊與斑馬魚(yú)分析軟件，可用于斑馬魚(yú)熒光和白光圖像采集、圖像分析，適用于所有3-7天的斑馬魚(yú)幼魚(yú)實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)活體成像。
目前，環(huán)特斑馬魚(yú)行為分析及成像設(shè)備已成功應(yīng)用于多家科研院所、企業(yè)，設(shè)備表現(xiàn)穩(wěn)定，客戶對(duì)其性能及售后服務(wù)給予高度認(rèn)可。相信環(huán)特斑馬魚(yú)專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)設(shè)備也將助力更多斑馬魚(yú)行為學(xué)研究取得突破性成果，有效提升實(shí)驗(yàn)效率和實(shí)驗(yàn)效果，讓科研更智能，引領(lǐng)智能實(shí)驗(yàn)室設(shè)備行業(yè)發(fā)展！歡迎來(lái)電垂詢！