斑馬魚學習記憶行為實驗

【服務簡介】

斑馬魚幼體在受精后前兩天通體透明，眼睛大小占到大腦體積的二分之一以上所意，成魚晝夜節(jié)律明顯淮逊，對光反應強烈，因此斑馬魚在視覺領域應用的優(yōu)勢十分明顯扶踊。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泄鹏，視網(wǎng)膜面積為(3.04 ± 0.29) mm2，厚度為(167.5 ± 12.5) μm秧耗，視網(wǎng)膜細胞層可分為10層备籽，神經節(jié)細胞總數(shù)量約為 40 000～56 000個，感光細胞層(包括色素上皮層)與神經網(wǎng)膜厚度比值約為1∶1.3分井。頂蓋是魚腦中高度發(fā)達的部分车猬，視覺信息通過視交叉投射至對側頂蓋，而很少投射至同側頂蓋．視覺信息輸入在斑馬魚群聚尺锚、捕食珠闰、逃避等高級神經活動中都占主導地位。

斑馬魚視動反應系統(tǒng)

眼動反應

眼動反應(optokinetic response, OKR)是檢測斑馬魚視覺相關基因突變的經典行為學實驗瘫辩。受精后第3天(day post-fertilization,dpf)開始伏嗜，幼魚在光適應一段時間后就會對移動的光柵進行注視，如果光柵是在一個圍繞幼魚的圓筒上移動時伐厌，幼魚的眼睛就會一直追隨光柵直到其眼睛不能再轉動承绸，然后就會有一個急速的眼顫動以回復到最初水平。之后又進行下一個追隨反應挣轨，如此循環(huán)军熏。斑馬魚所在培養(yǎng)皿的正上方放置一個數(shù)碼攝像機對其眼動進行實時記錄，然后用專門的軟件分析眼睛與體軸的夾角刃唐，從而可以篩選出視覺功能存在缺陷的個體羞迷。有研究在第一次將斑馬魚作為模式動物的時候就已經注意到這種現(xiàn)象，他們最早應用了斑馬魚的眼動反應和視動反應來篩選視覺缺陷的個體画饥。當光柵是由圓筒上的黑白條紋產生時衔瓮，調整條紋的寬度可以調節(jié)刺激的空間頻率，而調整圓筒的轉速可以調節(jié)刺激的時間頻率抖甘。當使用數(shù)碼投影時热鞍，可以對黑白條紋的光柵進行相應的傅立葉變換，產生一組帶有第二信息的光柵刺激。有研究證實薇宠，幼年斑馬魚不僅可以對第一刺激指令起反應偷办，也可以對第二刺激指令起正確的反應。對這種次級指令的視覺認知是在視皮層中進行的澄港，可是斑馬魚卻沒有視皮層椒涯。

因此，有研究提出對刺激指令信號的提取可能在低等脊椎動物的神經回路中就已經形成的觀點回梧。報道中斑馬魚適合做OKR的年齡是在 73～80 hpf 時期废岂，成魚暫時還沒有相關的OKR報道．這是因為幼魚可以通過體表呼吸，當幼魚固定在甲基纖維素中進行視動反應時并不會因為窒息而死狱意，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湖苞。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详囤。

視動反應

視動反應(optomotor response, OMR)是指斑馬魚對移動的目標有一種追逐的行為财骨，該反應可以用來檢測幼魚和成魚的視覺相關基因突變。幼年斑馬魚發(fā)生明顯視動反應的時期一般在7 dpf左右藏姐。將幼魚放在一個狹窄的長方形水缸中隆箩，在魚缸底部放置一個顯示器，當顯示器中的光柵朝向某個方向運動時包各，斑馬魚會朝著光柵移動的方向運動摘仅。多條魚進行實驗時靶庙，光柵發(fā)散或聚集问畅，魚群會表現(xiàn)出相應的群體反應。通過不斷變換光柵的呈現(xiàn)模式六荒，可以篩選那些對光柵方向改變反應遲鈍的個體护姆，以達到篩選視覺基因缺陷體的目的。因為可以將多個魚缸并聯(lián)使用掏击，由此可見這是一種高通量的篩選方法卵皂。

成年斑馬魚的視動反應裝置與幼年斑馬魚的眼動反應裝置有點類似。斑馬魚在一個透光性好的圓形魚缸中可以自由游動砚亭，魚缸中放置一個小圓柱以阻擋斑馬魚穿過中心區(qū)域游動灯变。在魚缸的外圍放置一個可以轉動的塑料圓柱，塑料圓柱上貼上一張黑白條紋相間的白紙捅膘，在環(huán)形光源的照射下可以產生一組具有時間頻率和空間頻率的光柵添祸。當光柵轉動時斑馬魚會追隨光柵圍繞魚缸做圓周運動，改變光柵的轉動方向寻仗，斑馬魚會對移動方向做出相應的調整刃泌。有研究發(fā)現(xiàn)，斑馬魚對低空間頻率的光柵刺激會有一個明顯的追隨反應，而對于高空間頻率具有頻率選擇作用耙替，對于時間頻率的反應取決于光柵的空間頻率亚侠，固定空間頻率的情況下不同時間頻率有不同的追隨偏好。

OKR俗扇、OMR測試裝置示意圖

參考文獻

R. Fu, H. Liu, Y. Zhang, et al., Imidacloprid affects the visual behavior of adult zebrafish (Danio rerio) by mediating the expression of opsin and phototransduction genes and altering the metabolism of neurotransmitters, Science of the Total Environment (2023).

Engeszer R E, Barbiano L A, Ryan M J, et al. Timing and plasticity of shoaling behaviour in the zebrafish, Danio rerio. Anim Beha,2007, 74(15): 1269～1275

Peichel C L. Social behavior: how do fish find their shoal mate. Curr Biol, 2004, 14(13): 503～504

Miklosi A, Andrew R J, Gasparini S. Role of right hemifield in visual control of approach to target in zebrafish. Behav Brain Res, 2001, 122(1): 57～65

Bass S L S, Gerlai R. Zebrafish (Danio rerio) responds differentially to stimulus fish: The effects of sympatric and allopatric predators and harmless fish. Behav Brain Res, 2008, 186(1): 107～117

Easter S S, Nicola G N. The development of vision in the zebrafish, Danio rerio. Dev Biol, 1996, 180(2): 646～663

Li L. Zebrafish Mutants: Behavioral genetic studies of visual system defects. Develop Dynam, 2001, 221: 365～372

Brockerhoff S E, Hurley J B, Janssen-Bienhold U, et al. A behavioral screen for isolating zebrafish mutants with visual system defects. Proc Natl Acad Sci USA, 1995, 92(23): 10545～10549

Fleisch V C, Neuhauss S C F. Visual behavior in zebrafish. Zebrafish, 2006, 3(2): 191～201

Neuhauss S C F. Behavioral genetic approaches to visual systemdevelopment and function in zebrafish. J Neurobiol, 2003, 54 (1):148～160

Orger M B, Smear M C, Anstis S M, et al. Perception of fourier and non-fourier motion by larval zebrafish. Nat Neurosci, 2000, 3 (1):1128～1133

Li L, Dowling J E. A dominant form of inherited retinal degeneration caused by a non-photoreceptor cell-specific mutation. Proc Natl Acad Sci USA, 1997, 94(21): 11645～11650

Maaswinkel H, Li L. Spatio-temporal frequency characteristics of the optomotor response in zebrafish. Vis Res, 2003, 43(1): 21～30