浅析动物食物偏爱群体学习实验测试方法及注意事项

食物偏爱群体学习(social learning of food preferences),又称快速食欲学习(rapid appeptive learning)这一模型是由Galef等人于20世纪80年代初建立的。二十多年来,该方法在研究啮齿类动物(包括大鼠、小鼠和沙土鼠)脑内某些特殊部位对学习记忆的影响方面发挥了重要作用,不失为一个简单方便、行之有效的学习记忆研究方法。实验主要包括三步:首先,给“示范者”(demonstrator)动物(大鼠、小鼠或沙土鼠)两种味道特别的食物中的一种;其次,让每一示范者短暂接触一个同类的“观察者”(observer>。在这一接触过程中,观察者有机会闻到其示范者呼出气中食物的味道。最后,经过一段时间的间隔(数分钟至数周)之后,给观察者在上述两种具有不同味道的食物(示范者吃过其中的一种)中作出选择。观察者对示范者吃过的那种食物会表现出明显的偏爱。据此可判断动物的记忆能力。毁损海马可减弱大鼠的这种食物偏爱记忆;CREB基因敲除小鼠对这种食物偏爱的长期记忆缺失。提示这种学习记忆可能为海马依赖的,且与调节CREB的信号通路有关。

1、实验方法

本实验不需要特殊设备,但应准备不同味道的两种食料,以大鼠为例,如桂皮(cinnamon)味(含桂皮粉1% W/W)和可可(cocoa)味食料(含非甜可可粉2% W/W)。实验分三步:

(1)  初步确定两种食料是否有同等的美味(equipalatable)

1) 用6只成年大鼠,单笼饲养,自由饮水。每一笼内放两个杯子,分别装有30g(约半杯)的桂皮味食料和可可昧食料。让动物在没有干扰的环境下自由食用24h。

2) 再次称量杯内剩余食料和杯子外散落的食料的重量。计算大鼠在24h内食用的两种不同味道的食料重量。如果大鼠食用两种食料的平均百分比均在50%左右(43% - 47%),则继续进行主要实验;如果这两种食物摄入的百分比超出了47% - 57%的范围,则应在摄人较少的食物里加入少量的颗粒状糖(从l% W/W开始),再重复上述测试,直到获得大玫美味等同的两种食料。

(2)  训练示范者

1) 将12只示范者大鼠单个放入有网状地板的笼内,自由饮水。

2) 将动物禁食23小时。然后,在每一示范者的笼内放一只装有半杯普通食料、并称过重的杯子,让动物进食1h。第二天重复此操作,让示范者适应使用杯子进食。

3) 第三天23小时禁食结束时,在其中6只示范者的每一笼内放人一个装有半杯新鲜配制的桂皮味食料的杯子(事先称重)。另6只示范者大鼠笼内则放入盛有半杯可可味食料的杯子(事先称重)。让动物无干扰地进食1h。

4) 取出杯子,称重,计算每只动物的进食量。淘汰进食少于3g的大鼠,以免给观察者提供的信息不足。

5) 取出杯子后,将示范者大鼠立即放人每一观察者大鼠笼内,让两者无干扰地接触30min。取出示范者大鼠并放回笼内。

(3)  测试观察者

根据实验目的不同,可在示范者动物离开后的不同时间(几分钟到一个月)测

试观察者动物的记忆。方法如下:

1) 将桂皮味食4和可可昧食料分别装入12个标记好的杯子里,每个杯子只装半杯(以免动物食用时因杯内装食料过多而撒出),并不少于30g(以保证大鼠一天的食量)。称重,并记录每杯食料的重量。

2) 将两种不同食料同时放人每一观察者大鼠笼内,让大鼠在无干扰环境下进食24h。

3) 至24h终止时,称量每r-观察者笼内的两个杯子内食料的重量。

计算每一观察者大鼠食用挂皮味或可可味食料占总进食量的百分比,或者每一观察者的示范者所食用盼食料占观察者总摄食量的百分比。后者在不同条件之间的比较中尤其有用。

2、注意事项

(1) 经过与示范者一次接触后,健康犬鼠对示范者吃过的食物会表现拙明显的偏爱。这种差别在给予观察者动物食物选择后2-4h即呈显著性,且可持续长达数周而不会有明显的减弱。其持续时间长短与观察者动物每天选择食用两种食料的时间(h)有关。一时间越长,食物偏爱持续的天数就越少。如果让观察着多次与示范者接触,则即使让观察者每天24h选用两种食料,这种群体接触诱发的食物偏爱也能持续数周。

(2) 本实验主要有以下优点:

①动物学习过程短,获得快;

②方法简便,实验者几乎不需要费什

么力气或掌握什么技术来训练动物;

③成本低,仅花相当少的成本即可获得大量练好的动物;

④应激弱,通过食欲促使动物学习,而不需要禁食或经受电击等厌恶性刺激;

⑤结果可靠,这经过二十多年的实践检验,而且有不少文献阐述啮齿类动物对食物偏爱群体效果的原因和结果。

(3) 除了桂皮和可可外,其他可用于味道识别的食物配对包括:2%(重量比,下同)牛至(marjoram)末和1%茴香(anise)末;0.4%丁香(cloves)末与0.5%枯茗(cumin)末;0.5%迷迭香(rosemary)末与0.5%小豆蔻(cardamorri)末。这些都是固体食物。此外,还可用液体饮料,如2.1%( w/v)速溶去咖啡因的咖啡与3.2%(V/V)苹果汁醋(cider vinegar)。

(4) 尽管食物偏爱在不同年龄、性别或不同状态(如饥饿和饱食)动物之间没有显著差别,但是,对不同的动物,其实验程序有时须稍有不同。这是因为食物偏爱的群体诱发取决于观察者动物通过靠近并闻嗅示范者的嘴或鼻而获得的嗅觉信息。任何减少二者间这种接触的因素都会减少食物偏爱诱发的几率。例如,将两个不熟悉的成年雄性大鼠放在一个较小的笼子时,可能会有相互攻击行为。如果用这样两只大鼠作示范者和观察者,则当它们有攻击性接触时,必须用。网状隔板将其分开。

(5) 小鼠食量很小,且容易使粉状食物喷洒出来。因此,需要用特殊食盘来精确称量其摄食量。

(6) 观察者的食物偏爱没有被群体接触诱发出来,可能有以下原因:

其一.食物的美味程度差别太大。这种情况下,不管其示范者食用了哪种食物,所有观察者动物食用其中一种食物要比另一种明显多。此时应检查食物配方比例是否准确,并按上述方法将两种食物的美味程度调至接近。

其二,观察者动物可能患有上呼吸道感染,以致嗅不出示范者吃过哪一种食物。此时应将实验延后至患病动物痊愈后开始,或者将患病动物剔除。最后,动物可能有嗅觉缺陷,因而不可能区分配对两种食物的不同味道。用味道一厌恶条件反应(flavor - aversion conditioning)可以鉴别嗅觉缺陷,方法如下:

1)对6只动物使用上述每天1h的进食计划。

2)将动物分成两组,每组3只分别给予可可味和桂皮味食料1h。

3)给所有6只动物按体重1%腹腔注射13mmoL/L氯化锂溶液。

4)第二天,让这6只动物自由选择桂皮味或可可味食料。如果动物并不回避给氯化锂前吃过的食料,则它们不能鉴别这两种食料,提示动物可能有嗅觉缺陷,并因此使观察者动物缺乏对示范者吃过食物的偏爱。

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