條件反射焦慮模型

1  Geller-Seifter沖突實驗(Geller-Seifter conflict test)

此實驗是美國學(xué)者Geller和Seifter于20世紀(jì)60年代設(shè)計的操作程序。其設(shè)計理念是：給饑餓大鼠食物獎賞的同時給予電擊刺激(懲罰)以抑制這種獎賞的獲得，使大鼠處于矛盾沖突狀態(tài)。影響焦慮情緒的藥物可相應(yīng)改變這種沖突狀態(tài)。因而Geller-Seifter程序很快用于抗焦慮藥物的篩選。但在實踐中發(fā)現(xiàn)該程序存在兩個問題：①需要有恒定的電流刺激。這樣，為了獲得相對穩(wěn)定的操作并避免大鼠在沖突期的反應(yīng)過度被抑制，就需要不斷監(jiān)測電擊水平，此種操作過于乏味。②基線波動較大，以致使一個已知藥物的已知劑量的抗沖突作用在數(shù)量上往往不一致，從而影響統(tǒng)計分析。因此，學(xué)者們紛紛對Geller-Seifter程序進(jìn)行改進(jìn)，以克服該程序的不足。主要的改進(jìn)程序有：Davidson-Cook程序(1969)，Pollard-Howard程序(1977)以及Kennett- Pittaway-Blackburn程序(1994)。

(1)復(fù)制方法  健康雄性大鼠，體重為250～300g。

1)實驗裝置  為實驗用大鼠操作箱系統(tǒng)(operant boxes system)(美國Med Associates公司)，由微機(jī)、信號控制器、刺激器和操作箱四部分組成。操作箱尺寸為30cm×22cm×27cm。箱頂、后壁和前門均為有機(jī)玻璃，兩側(cè)壁為不銹鋼板，底部為間距1cm的不銹鋼柵條，柵條與電刺激器相連。箱的左側(cè)壁裝有1只揚聲器，可發(fā)出聲信號。距離柵條18cm高處有1盞室燈。箱的右側(cè)壁有兩個刺激燈(左燈和右燈)，距離底部13cm，兩燈相距13cm。燈下方5cm處各有一4.5cm×2cm的不銹鋼水平桿(左桿和右桿)，兩桿相距8.5cm，其間有一5cm×5cm×3.5cm的外凸式窗，窗底部有1只直徑3cm，深0.5cm的食碗，窗的外部通過一管道與有機(jī)玻璃食盒(直徑10cm、深4.5cm)相連，食盒內(nèi)的食丸經(jīng)此管道掉入食碗內(nèi)供大鼠食用。整個操作箱被放在1只30cm×22cm×27cm的隔音箱內(nèi)。隔音箱側(cè)壁裝有一排風(fēng)扇，當(dāng)儀器開啟時排風(fēng)扇自動運轉(zhuǎn)。隔音箱門上裝有貓眼，這樣即可觀察動物在箱內(nèi)的活動情況，又不會干擾動物的操作。

2)實驗方法和模型特點

①經(jīng)典Geller-Seifter程序：由變動間期(variable interval, VI)和固定比率(fixed ratio, FR)兩部分組成。操作方法為：

a.大鼠禁食24h后，以45mg重的食丸作為獎賞(即強(qiáng)化)進(jìn)行壓桿訓(xùn)練，使大鼠學(xué)會FRI操作：即每次壓桿都有一次強(qiáng)化，每天30min，連續(xù)3d。此后大鼠的進(jìn)食量應(yīng)使其體重保持在自由攝食體重的80％為準(zhǔn)。

13.Ⅵ-2min訓(xùn)練，即大鼠平均每2min的間隔獲得一次強(qiáng)化(食丸)，每天訓(xùn)練間期持續(xù)75min(15min×5)。

C.當(dāng)壓桿率較穩(wěn)定后，則在間期內(nèi)的每個15min內(nèi)給予3min的聲刺激。在聲刺激期間，食物強(qiáng)化由Ⅵ一2min變?yōu)镕R1l。

d.大約再過7個訓(xùn)練間期(7d)，在聲刺激同時給予電擊(電擊強(qiáng)度為0.6～0.85mA)，即在聲音出現(xiàn)時每次壓桿產(chǎn)生一次強(qiáng)化和一次電擊。程序可縮寫為“組合Ⅵ-2min(食)＋FR1(食＋電擊)”，后者(FR1)稱之為沖突部分?？菇箲]劑增加沖突期反應(yīng)，而不影響非沖突期反應(yīng)。

②Davidson-Cook程序：將Geller-Seifter程序中的Ⅵ縮短到30s，F(xiàn)R增至10(FR10：即每壓桿10次才能得到一次食物強(qiáng)化)，聲信號改為燈信號。

a.在大鼠學(xué)會FR1操作后使其逐步過渡到FR10訓(xùn)練。    b.FR10操作穩(wěn)定后，訓(xùn)練大鼠用Ⅵ-30s(5min)和 FR10(2min)交替組合操作，待其穩(wěn)定則在FR10加入一次足電擊(0.8～2.5mA，持續(xù)0.1s)。程序縮寫為“組合Ⅵ-30s(食)FR10(食＋電擊)”。每天的訓(xùn)練間期包括7個5min的Ⅵ(非懲罰)和6個2min的FR，共47min。此程序的丨大丨優(yōu)丨點是基線穩(wěn)定，它可使大鼠在不改變電擊水平的情況下維持穩(wěn)定的基線達(dá)2年之久。

③Pollard-Howard程序：將Geller-Seifter程序中的實驗間期縮短為30min，包括2個12min的Ⅵ-2min(非懲罰)和2個3min的FR1或FR10(懲罰)交替組合，即“組合Ⅵ-2min(食)FR1或10(食＋電擊)”，此組合進(jìn)行兩次。恒定電流改為電流遞增：電擊水平從0開始，以每反應(yīng)0.05mA的速率遞增。此程序使訓(xùn)練更容易，基線穩(wěn)定，藥物效應(yīng)在數(shù)量上與原始程序一致。

④Kennett-Pittaway-Blackburn：先訓(xùn)練動物學(xué)會 FR1操作，再進(jìn)行5個3min的Ⅵ-30s和5個3min的 FR5的交替組合訓(xùn)練并加電擊，即“Ⅵ-30s(食)FR5(食＋電擊)”。電擊強(qiáng)度在實驗前一周大達(dá)0.75mA(持續(xù)1s)，在5個3min的懲罰期內(nèi)獲強(qiáng)化2～7次。此程序與 Davidson-Cook程序相似，但訓(xùn)練問期縮短了17min。

(2)結(jié)果評價  記錄懲罰期(FR)和非懲罰期(VI)動物壓桿反應(yīng)的總數(shù)。懲罰期壓桿反應(yīng)次數(shù)的增加反映了動物焦慮情緒的變化，非懲罰期動物壓桿反應(yīng)次數(shù)的降低可能與藥物的鎮(zhèn)靜作用有關(guān)。因此，非懲罰期用來檢測藥物的非特異性效應(yīng)，如鎮(zhèn)靜或刺激效應(yīng)；而選擇性增加懲罰反應(yīng)的藥物可能具有抗焦慮作用。此實驗較難得到受試藥物的線性量效關(guān)系，因此也難以得到藥物的ED50值，但可計算藥物的小有效量。該方法的不足之處在于耗時太多，實驗裝置的成本高。

(3)比較醫(yī)學(xué)  Geller-Seifter沖突實驗可將抗焦慮劑和其他中樞活性藥物區(qū)分開來，不同的抗焦慮藥物在不同種屬得到的結(jié)果與之在人體上得到的結(jié)果具有可比性，因此具有較高的特異性。

2 安全信號撤除實驗(safety signal withdrawal test)

此實驗是建立在經(jīng)過訓(xùn)練、與安全信號建立了條件反射的大鼠，在安全信號消失后會產(chǎn)生焦慮的基礎(chǔ)上的。實驗仍采用上述實驗用大鼠操作箱系統(tǒng)。

(1)實驗方法  健康雄性Wistar大鼠，初始體重為(100±10)g。實驗分訓(xùn)練和實驗兩個階段。

1)訓(xùn)練階段

①大鼠禁食24h，此后的進(jìn)食量以使其體重保持在自由攝食大鼠體重的80％為準(zhǔn)。訓(xùn)練日自周一至五，周六周日為非訓(xùn)練日。周一至四訓(xùn)練間期結(jié)束后給大鼠喂少許飲料，周五和周六食料不限，周日上午禁食，為下一個訓(xùn)練周做準(zhǔn)備。

②禁食24h的大鼠在大約12d內(nèi)學(xué)會從FR1到FR8的壓桿強(qiáng)化操作(見13.28.2.1Geller-Seifter沖突實驗的訓(xùn)練)，每天訓(xùn)練18min，右燈一直亮著(安全信號)。壓左桿無反應(yīng)。

③12d后大鼠一般具有穩(wěn)定的壓桿操作，此時在訓(xùn)練開始后的第4min和第11min分別加入一個4min的電擊懲罰期。在這兩期內(nèi)，壓右桿按FR1給予食物強(qiáng)化，同時按50％的隨機(jī)比率給予電擊(壓桿的(50±15)％給隨機(jī)懲罰)。

④電擊強(qiáng)度逐漸增加，調(diào)節(jié)至使每只大鼠產(chǎn)生類似的反應(yīng)抑制(0.5～1.5mA)。

⑤每天的訓(xùn)練期(18min)分為5個連續(xù)的時間段：1段：4min非懲罰；2段：4min懲罰；3段：3min非懲罰；4段：4min懲罰；5段：3min非懲罰。在8min的懲罰期間，大鼠接受的電擊數(shù)不應(yīng)超過9次。懲罰反應(yīng)穩(wěn)定在該水平后維持電擊強(qiáng)度不變并繼續(xù)訓(xùn)練3～5d，以獲得穩(wěn)定的基線。懲罰期左燈亮(懲罰信號)，非懲罰期右燈亮(安全信號)。微機(jī)自動記錄大鼠獲得的食丸數(shù)和電擊數(shù)。大約20個訓(xùn)練間期后大鼠都表現(xiàn)出穩(wěn)定的非懲罰和懲罰反應(yīng)速率，此時開始藥物實驗。

2)實驗階段  實驗間期由3個連續(xù)的時間段組成，共11min。1段(4min)和3段(3min)的強(qiáng)化程序與訓(xùn)練階段對應(yīng)時間段相同，即非懲罰期按FR8給予食強(qiáng)化，右燈亮(安全信號)；2段(4min)安全信號關(guān)閉(右燈滅)，懲罰信號(左燈)不出現(xiàn)(安全信號撤除)。僅在這個時間段，室燈亮，按FRl給予強(qiáng)化但不加電擊。

(2)模型特點  此模型能將抗焦慮藥和致焦慮劑較好的區(qū)分開來。BDZ類抗焦慮藥在不增加、甚至減少1、3段(安全信號存在)強(qiáng)化數(shù)的劑量下增加2段(安全信號撤除)的強(qiáng)化數(shù)。丁螺環(huán)酮在不改變1、3段強(qiáng)化數(shù)的劑量也增加2段的強(qiáng)化操作；而致焦慮劑則減少2段的強(qiáng)化數(shù)，對1、3段強(qiáng)化沒影響或減少。此實驗的缺點也是耗時。

實驗時需注意事項為：此模型大鼠雖能重復(fù)實驗，但重復(fù)次數(shù)不能超過7次。藥物處理的間隔至少7d，以避免藥物的相互作用；在兩個實驗期之間，大鼠至少訓(xùn)練4個間期，以鞏固反應(yīng)率；另外，長期禁食的動物應(yīng)注意補(bǔ)充營養(yǎng)。

(3)比較醫(yī)學(xué)  不同于其他動物模型，該方法實驗時沒有電擊刺激，而是借助于安全信號撤除使動物產(chǎn)生沖突狀態(tài)，這使得此模型更接近于人的焦慮情緒，能將抗焦慮劑(包括在其他模型上不敏感的新型抗焦慮劑)與非抗焦慮劑的不同作用很好地區(qū)分開來。并且結(jié)果穩(wěn)定，重復(fù)性好，不失為一個較理想的焦慮模型。