动物行为实验手册丨小鼠穿梭箱（Shuttle Box）实验测试方法及注意事项

小鼠穿梭实验通常指利用穿梭箱（Shuttle Box）进行的行为学测试，主要用于评估啮齿类动物的主动回避（active avoidance）或被动回避（passive avoidance）学习与记忆能力。

Fig1 小鼠穿梭箱实验系统

被动回避和主动回避实验是研究啮齿类动物基于恐惧的条件性回避学习的常用行为学方法。两者均通过厌恶刺激（如足底电击）评估动物的回避行为，但机制不同：被动回避测试动物通过抑制某种本能行为（如进入暗室）来避免伤害的能力，而主动回避则评估动物通过执行特定动作（如在预警信号下穿梭到对侧）来逃避或完全避免厌恶刺激的能力。例如，因脑损伤导致学习功能受损的动物，往往难以有效习得这两种回避行为。因此，这些实验不仅可用于解析学习与记忆的神经机制，还可用于评估神经系统疾病、药物干预或治疗手段对学习能力的影响。

主动回避穿梭实验（Active Avoidance）

核心：动物通过主动行为逃避伤害

原理：

在电击发生前给予预警信号（如声音或灯光），小鼠需在信号期间逃到对侧隔室以完全避免电击。

装置

类似穿梭箱，但两侧均可通电且配备信号提示系统（蜂鸣器/灯）。

实验步骤

条件刺激（CS）：如10秒蜂鸣声；

非条件刺激（US）：CS结束后若未穿梭，则施加电击（如0.5 mA，10秒）；

小鼠若在CS期间穿梭至对侧，则完全避免电击（成功回避）；

每日训练多轮（如30–50次），记录回避率、逃避潜伏期、错误次数等。

主要用于评估联想学习、执行控制、灵活性；用于精神分裂症、创伤后应激障碍（PTSD）等模型。

给予10秒的声光刺激后（条件刺激）；

若小鼠在此期间主动通过通道逃至对侧隔室，则记为一次主动回避反应（AAR）；

若小鼠在声光刺激期间未穿梭，则紧接着施加10秒的足底电刺激（非条件刺激）；

若小鼠在电刺激期间逃至对侧，则记为一次被动逃避反应（PER）；

若小鼠在整个20秒（声光+电刺激）内均未穿梭，则记为一次无反应（NOR）。

上述过程重复进行30次，作为当日的训练成绩。24小时后，在相同条件下再次进行一轮测试（通常也为30次）以评估记忆保持情况，作为测试成绩。每只小鼠实验结束后，均用酒精彻底清洁实验箱，以消除气味残留对后续动物的干扰。

数据分析

• 主动回避次数：CS期间成功穿梭的次数，反映学习能力

• 回避潜伏期：从CS开始到穿梭的时间，越短说明反应越快

• 无反应次数：无穿梭行为的trial数，反映认知障碍程度

• 主动回避率：主动回避次数/总trial数，用于量化学习效果

注意事项

小鼠昼夜节律影响行为，建议每天同一时间段进行；

电击参数需预实验优化，避免过度应激或无效刺激；

实验应在安静、光线恒定环境下进行；

每次测试后清洁箱体，防止气味干扰；

结合其他行为实验（如旷场、高架十字迷宫）排除焦虑或运动能力影响。动物的运动能力变化（如因药物、疾病或年龄导致的活动性下降）可能干扰逃避或回避反应的表达；

如频繁跳跃、支撑站立等行为需人工干预或剔除。

总结

穿梭箱实验具有多项优势：它能够有效评估动物在习得等不同记忆阶段的表现，有助于深入理解关联性学习与记忆的神经机制。该实验无需食物剥夺，操作相对简便且适用于小鼠和大鼠等多种啮齿类动物。此外，通过绘制多轮训练中的回避成功率或反应潜伏期变化曲线，可直观呈现学习进程的动态发展。

文献引用：

• Martini E, et al (2008). Design, synthesis and preliminary pharmacological evaluation of new analogues of DM232 (unifiram) and DM235 (sunifiram) as cognition modulators. Bioorg Med Chem, 16(23):10034-42.
  

• Sałat K, et al (2017). Novel, highly potent and in vivo active inhibitor of GABA transporter subtype 1 with anticonvulsant, anxiolytic, antidepressant and antinociceptive properties. Neuropharmacology, 113(Pt A):331-342.
  

• Cherry, K. (2020, June 4). What is operant conditioning and how does it work? Verywell Mind. Retrieved January 13, 2022, from https://www.verywellmind.com/operant-conditioning-a2-2794863

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