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斑馬魚行為分析:典型對象測試+毒理測試+黑暗森林法則

斑馬魚行為分析:典型對象測試+毒理測試+黑暗森林法則

五哥總看到市面上很多研究機構、醫院和高校在購買斑馬魚行為分析裝置,那麼到底這些裝置究竟是幹什麼用的?

首先,就像研究人的行為一樣,必須得有個錄影機的,用錄影機把所有發生的行為記錄下來,才好後續去進行研究。

在研究過程中,也會有很多的研究模式。

所謂的開闊地測試(Open field test),也有人叫做廣場測試,就是要把斑馬魚放到一個固定大小的魚缸裡面,讓魚在魚缸裡面自由地遊動,整個過程是定時的,然後用錄影機記錄下魚的運動軌迹。分析儀器會據此計算出很多資料,包括魚在中央區和魚缸外壁區所逗留的時間,一條魚的平均遊動速度和遊動的總長度,這些資料通常都會被應用到後續的一些研究當中,用來表達某種狀态,比如說魚的活性等。

斑馬魚行為分析:典型對象測試+毒理測試+黑暗森林法則

上面的測試方法,通常記錄的視角是從上向下的,再換一種視角,比如從兩側來觀察魚缸,又能記錄下魚從最底層遊到中層,最後遊到高層。這次獲得的資料又能作為測試不同魚種對于水層的選擇喜好。

還有一種測試叫做典型對象測試(Novel object test)。測試原理很簡單,就是在魚缸中放置不同的對象,然後觀察斑馬魚對這些對象的反應,比如在魚缸的一側放入一塊橘紅色的方塊,或者在某個區域投進去一個防水的喇叭播放重金屬音樂,或者是在魚缸的某處抹上一點辣椒醬等等。這種實驗的目的就比較開放了,通常就是為了測試斑馬魚對于外界環境尤其是物體的反應程度。所有的記錄都可能通過魚的遊動速度、距離、軌迹來記錄,應該能夠判斷出斑馬魚對某種事物的喜好和厭惡,是以這是在實驗室進行得比較多的一個實驗種類。

社交測試也是一項非常重要的測試。具體的原理是,在一個十字形的玻璃槽中放入兩條魚,一條魚放置在十字形的中心,另一條魚随機放在四條邊的某個頂端,然後觀察魚的行動軌迹,記錄兩條魚重疊的路線,靠近的程度。這種測試也可以用于在不同的魚種之間,可以看出來哪類魚更願意社交,哪類魚隻喜好獨居。

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光線和噪音測試也是比較多的測試類型,主要用于測試斑馬魚對于這兩種外界刺激的反應。

然而,最有意思的測試還得說是迷宮測試。測試的原理很簡單,那就是在兩個魚缸之間安排一個迷宮,在一側魚缸内放置食物,誘因魚從一側魚缸進入迷宮尋找食物。在開啟測試後,記錄魚成功找到食物的時間,以考察相同魚類不同個體,或者不同魚類之間的記憶能力。

當然,五哥不忍提及的是,斑馬魚行為測試也被包含在毒理測試之中。

衆所周知,一些精神治療藥物或者一些特殊的固體、氣體都會引發人類的不同行為,比如說笑氣一氧化二氮。應用斑馬魚行為測試,可以檢測出一些有害物質對水質和水生動物的影響。

其實這種測試也是比較簡單的,比如說讓斑馬魚在添加了殺蟲劑的水質中進行正常的交配、繁殖、胚胎發育、生長等,全程記錄斑馬魚的行為,并且與在正常水質中生活的斑馬魚的生活行為進行對比,由此發現有害物質所帶來的影響。

實際上,也同人在陌生的森林中一樣,斑馬魚最多的兩項行為就是搜尋和伏擊。這兩種行為表現最大的差異在于兩個方面,一個是活動的距離,另外一個是遊動的姿勢。

因為斑馬魚胚胎大腦的高度透明性,人們甚至能夠從更深層的次元來研究行為發生與神經細胞狀态之間的關系。人們通過顯微鏡可以清晰地數出來參與某種行為的神經細胞的數量,甚至可以定位每個細胞的運動情況,這就為用細胞描述行為奠定了基礎。

這樣做有更深的意義,那就是實作人為地控制斑馬魚的行為,因為隻要知道是哪些神經細胞,做出那些動作,導緻了斑馬魚的相關行為,就可以了,所有的這一系列過程,可以通過程式設計的方式形成指令,用來指導斑馬魚去持續不斷地進行某個行為。

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可視化的行為測試,通常也會與深度的器官,甚至細胞級别的熒光标記結合起來,形成一種更為立體的研究體系。

比如近期科學家對于斑馬魚記憶過程的研究,就是通過讓斑馬魚接受聲光刺激,然後記錄腦神經元的運動狀态來進行的。這是一種内外兼修的行為測試模式,其意義和結論的使用範疇将被擴大。

這也是一種顯而易見的優勢,因為沒有人看得見記憶是怎麼實作的,但記憶卻是每時每刻在人類或者是在其他動物體内都在發生着的。斑馬魚胚胎的透明性幫助科學家颠覆了對傳統記憶過程的認知,他們認為記憶也許存在更多的形式,包括此前學術界普遍認可的神經元軸突的連接配接,也包括最新發現的,隻是神經元重組固化的結果。

在3月9日那一天,五哥聽到一個令人沉痛的消息,那就是全球首個接受豬心髒移植的病患逝去了。那麼五哥想到的是,為什麼醫生不使用斑馬魚先對豬心髒的耐受情況進行一些測試呢?也許,當醫生為供體豬進行基因編輯後,比如敲掉引發免疫排斥反應的基因和一個會導緻心髒組織過度生長的豬基因,或許已經讓整個移植過程的成功幾率提升了很多,但從現在的結果來看,應該還有一些需要敲掉或者替換的基因沒有得到應該得到的處理,是以在進行最後的移植手術前,使用斑馬魚或者其他模式生物,有望能夠助力找到其他還沒有處理的基因,這很重要,雖然耗時會過長。當然,也許這次移植項目面臨了一些極端性的條件,比如說病人自身生命體征情況,手術資源的預定情況等,這會影響最終的結果。

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基因編輯實際上與斑馬魚的相關研究總是緊密捆綁在一起的。在大概3年前,科學家進行了對發炎性腸病的病理研究,其中涉及到兩個場景,即體内場景和體外場景。體内場景是通過基因編輯獲得容易患有發炎性腸病的斑馬魚,體外場景是從患病斑馬魚身體中提取出緻病基因用于體外抑制環境下的研究。這兩種場景在此後都會大規模地被采用,尤其是作為發炎性腸病治療藥物的篩選。

對于斑馬魚的行為研究,還有很多的案例。極大多數案例都是與人類有關系的,人們從斑馬魚的行為展現中,摸索出人類的行為展現規律,然後再施加各種可能性測試。在更早以前五哥曾經聽說,斑馬魚會被置身于存在海洛因的水質中,用以觀察斑馬魚在沾染毒品後呈現出的行為。沒錯!就是等于讓斑馬魚吸食毒品,染上毒瘾。但這當然不是最終的目的,科學家會繼續觀察是否存在可能性的藥品可以幫助斑馬魚戒掉毒品,恢複健康,這些優勢似乎也是線蟲、草履蟲、大腸杆菌、果蠅、酵母等其他模式生物所不具備的。如果您非要跟我強調這魚沒有肺和乳房啊,那五哥也真的無話可說。

五哥隻是希望,讓大家都能知道這種為了人類健康而獻身或者正在獻身的可愛的小魚。五哥聽說很早前有一個科研團隊的成員在每次介紹相關研究成果的時候,都習慣性地加上一頁專為感謝斑馬魚貢獻而做的PPT。

好!五哥也在此做一次:緻敬斑馬魚!

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有關生幻五哥斑馬魚專欄

五哥是從2021年開始關注斑馬魚的,當第一次接觸到這種小魚後,就被它精靈一般的身材,普世一般的研究價值,以及頑強的生命力所深深震撼。五哥認為這是一種偉大的魚類,值得被人們歌頌和傳唱,是以五哥願意成為國内千百個傳頌者的一員,不斷地學習它,研究它,解釋它,傳播它,讓更多的人喜歡它、關注它,并且加入到這種全新的、極有意義的事情上來。是以,五哥也在今日頭條上專門建立了這樣的一個專欄,歡迎更多有識之士跟五哥一同探讨,也歡迎各位朋友關注這個專欄,有什麼想了解的話題也可以直接在今日頭條上私信五哥。當然,五哥也不是神馬專家,五哥也隻是一名斑馬魚初級的小粉絲,所有的探讨都是和大家一起交流學習的過程。

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