脑声常谈丨斑马鱼行为评估的迷宫装置及测试方案总结

啮齿类是传统神经行为学核心模式动物，但物种差异制约焦虑、认知、感官偏好等表型的转化解读。斑马鱼饲养成本低、繁殖快、遗传编辑便捷，且调控神经精神疾病的核心通路与人高度保守，可实现高通量行为与药效筛选，已成为重要替代脊椎动物模型。近二十年来，T 迷宫、Y 迷宫、游泳十字迷宫等水生迷宫范式广泛用于检测斑马鱼联想记忆、空间导航、焦虑趋避及颜色偏好等行为。

现有迷宫实验呈现出明显的结果复现差异：联想记忆、焦虑相关行为在不同迷宫构型、训练流程下结果稳定可重复，而颜色偏好实验却大量存在相悖结论。该分歧主要源于迷宫尺寸、视觉线索、驯化流程、试验方案缺乏统一规范，严重阻碍实验室间数据比对与重复验证。目前尚无文献系统梳理各类斑马鱼迷宫装置、操作流程及关键干扰变量。本文全面汇总主流水生迷宫体系与配套实验方案，对比各范式在不同行为检测中的适用场景，剖析造成实验结果矛盾的可控变量，为斑马鱼神经行为学标准化实验提供方法学参考。

焦虑、偏好、学习和记忆对于灵活应对不断变化的环境至关重要，并且是所有脊椎动物与生俱来的特征。学习是指获取知识或技能的过程，而记忆则是大脑对数据或信息进行编码、存储和提取的能力。学习和记忆是执行功能，与动物对环境刺激的不同生理和行为反应密切相关，如焦虑、厌恶、偏好和动机。焦虑和恐惧是在面临威胁或挑战时引发的生理反应，而偏好则与动物获取或避开某种资源或刺激的动机有关。对这些动物行为的评估对于多个研究领域至关重要，为了评估动物行为的不同方面，人们已经开发并标准化了多种啮齿类动物的行为测试和模型。迷宫是一种能够进行多维度行为评估的装置，不同的实验方案可以在动物模型中评估不同的现象（例如焦虑、偏好、学习和记忆）。

在实验室动物中研究与神经精神疾病相关的方面，面临着此类疾病在症状和病因上具有异质性的问题。在焦虑相关疾病或阿尔茨海默病的研究中，研究人员使用了多种动物模型来探索不同的内表型，这些内表型涵盖了每种病理的主要症状。此外，大多数临床前研究使用啮齿类动物作为实验对象，这难免会引入物种特异性的偏差，而采用跨物种研究方法可以避免这一问题。在此背景下，斑马鱼作为一种替代模型动物脱颖而出，被广泛用于研究焦虑和记忆的机制，以及相关神经精神疾病。由于体型小、易于饲养、成本低廉且繁殖能力强，斑马鱼在推进基因筛选和生化分析方面具有独特优势，其在神经科学领域的应用呈指数级增长。

图一 斑马鱼行为学文献中报道的主要迷宫装置（十字迷宫、T型迷宫、Y型迷宫及替代性迷宫）的代表性设计

斑马鱼表现出丰富的行为特征，这些特征在神经科学和药理学文献中已有详尽描述。在过去20年里，一系列研究致力于使用不同类型的迷宫来标准化行为学实验方案。在最常用的迷宫形状装置中，除了具有独特形状的替代性迷宫外，主要包括十字迷宫、Y型迷宫和T型迷宫。多年来，研究人员开发了许多巧妙的方法来评估并积累关于脊椎动物行为范式的知识。在斑马鱼中，可以通过迷宫任务中的不同实验方案来评估多种行为范式，其中重点是焦虑、偏好、学习和记忆。

明暗箱测试、新水箱测试是研究和量化斑马鱼焦虑最常用的方法。这些测试基于斑马鱼在面临新的冲突环境时表现出的先天防御行为。人们认为，斑马鱼在暗区停留的时间、在深水区停留的时间以及在边缘区停留的时间，均与其经历的焦虑水平有关。评估斑马鱼焦虑的迷宫任务同样基于这些先天行为，通常将动物在深水区/暗区以及/或者白色/浅水区停留的时间或进入次数作为焦虑的评估参数。

所有硬骨鱼类都拥有与陆地脊椎动物类似的复杂记忆系统。利用斑马鱼的研究通常依赖于非联想学习和联想学习任务来评估记忆。非联想学习是指由于反复暴露于某种刺激而导致的反应变化，而联想学习则需要建立两种或多种刺激之间的联系，即非条件刺激和条件刺激。经典任务涉及空间记忆、食欲记忆、视觉辨别记忆和回避记忆。这些实验方案在多种迷宫装置中进行。记忆可以被分析为对刺激反应的减弱或习惯化，例如当斑马鱼暴露于重复刺激时，其爆发性游泳活动会减少；也可以被分析为呈现条件刺激时条件行为反应的强度，例如当斑马鱼学会将视觉线索与电击等厌恶刺激联系起来时；或者可以被分析为在经历正性或负性强化及惩罚后，某种特定行为表现的增加或减少，例如当鱼由于食欲线索而学会探索特定颜色的区域时。评估斑马鱼记忆的迷宫任务倾向于测量动物在目标臂中停留的时间和/或进入的次数。偏好测试用于评估动物在暴露于不同刺激或选项（如颜色、方向或环境）时的偏好。需要注意的是，这种偏好可能受到记忆甚至焦虑等其他行为的影响，因为动物偏好或回避的事物与其先前的经验有关。评估斑马鱼偏好的迷宫任务测量的是动物在各个臂中停留的时间和/或进入的次数。

迷宫可检测的四大核心行为指标

所有迷宫范式均可量化以下行为，判定斑马鱼神经状态：

焦虑行为

基于斑马鱼先天避险本能：避光、躲深水、贴壁。指标为停留在浅水区/亮区/开阔臂的时长、进入次数；抗焦虑药物会提升斑马鱼在危险区域的活动时间。

学习与记忆（最常用）

分为非联想记忆（重复刺激后适应）、联想记忆（视觉线索 + 食物/同类奖赏/电击惩罚绑定），通过目标臂停留时长、进入次数、寻靶潜伏期判断记忆好坏；MK-801、东莨菪碱等药物会造成记忆损伤。

偏好行为

测试斑马鱼对颜色、方位、同类、水环境、食物的先天喜好；但不同研究颜色偏好结论冲突，易成为实验混杂变量。

自主运动/自发交替

统计进臂次数、游动距离、僵直静止时长，用于评估药物、毒物对运动、冲动行为的影响。

实验通用标准化前置流程（所有迷宫通用）

适应/习惯化阶段

斑马鱼是群居动物，单独放置会产生隔离应激；通用方案：从群体逐步减少数量，分多天适应迷宫，消除新环境恐惧，避免干扰实验结果。目前各实验室适应时长、分组方案无统一标准。

起始区静置

测试前将鱼封闭在迷宫起始区静置，静置时长各研究差异大。

训练 + 探测试验（记忆实验必备）

训练期绑定视觉线索与奖惩刺激；探测期移除奖惩，仅保留线索，观察斑马鱼是否仍停留在目标臂，以此判断记忆是否形成。

四类主流迷宫装置、范式与研究结果

十字迷宫（Plus-maze，发文占比 19%）

1. 装置结构

四臂垂直相交，分两种主流设计：黑白避光臂、深浅水坡道臂（浅水等效啮齿高架开放臂，深水等效封闭臂），材质多亚克力。

2. 可检测行为及核心发现

焦虑检测

斑马鱼先天偏爱深水 / 黑臂；安定、乙醇、丁螺环酮会提升浅水 / 亮区停留时间（抗焦虑）；咖啡因会加重避险（致焦虑）。幼鱼、成鱼均适用该范式。

联想学习记忆

经典方案：4 天群体梯度适应 + 5 天训练 + 末次探测，用同类鱼 / 食物作为奖赏；胚胎酒精暴露、急性应激、硒、MK-801 均损伤记忆；吡拉西坦、多巴胺调节剂可改善记忆。

偏好检测

可测试地磁方位偏好、色彩偏好：野生斑马鱼幼鱼天生偏爱蓝色，酪氨酸酶突变体无色彩偏好；成鱼普遍偏好蓝、红色，药物可改变色彩选择倾向。

T 迷宫（T-maze，发文占比 43%，文献数量最高）

1. 装置结构

单长主干分叉两条短臂，可搭配深水富集腔、色彩挡板、电击装置。

2. 可检测行为及核心发现

学习记忆（应用最广）

两大经典流程：

短期简易范式：2 天 3 次试验，以富集深水腔为奖赏，突变体、重金属、毒物、抗癫痫药、双酚 A、缺氧都会延长寻靶时间，证明记忆受损；

辨别反转范式：红/绿色彩绑定食物奖赏，可测试记忆获得、消退、反转，适合药物、环境毒性评价。

改良 3 天快速 T 迷宫方案可同时检测记忆与恐惧僵直，大幅缩短实验周期。

运动行为

记录僵直时长、进臂次数，LSD 等精神药物会降低游动探索行为。

色彩偏好

成鱼普遍偏好红、蓝色，但不同实验条件下结论不一致，提示光照、装置尺寸会干扰色彩选择。

Y 迷宫（Y-maze，发文占比 25%）

1. 装置结构

三等分 120°三臂，无需额外奖惩，依靠斑马鱼先天探索新区域本能检测识别记忆。

2. 可检测行为及核心发现

空间识别记忆（优势：流程快，单日完成）

经典两步法：训练期封闭新臂，测试期全部开放，斑马鱼会更多停留于从未探索的新臂；铜、百草枯、手机辐射、二氧化钛纳米颗粒损伤记忆；迷迭香精油、锂、植物提取物可逆转东莨菪碱诱导记忆衰退。

主动回避记忆

视觉色彩线索绑定电击，幼鱼、成鱼均可快速学会避开惩罚臂。

偏好与自发交替

水流式 Y 迷宫测试社交、厌恶性物质偏好；还可检测左右游动偏侧化、产前酒精造成的探索交替行为下降。

特殊复合迷宫（Alternative-maze，发文占 13%）

无统一标准结构，包含多腔室迷宫、放射迷宫、双通道潜伏学习迷宫等，用于小众实验：

潜伏学习：无奖赏阶段形成空间记忆，后期同类奖赏探测验证；多巴胺药物、酒精会破坏该记忆；

社会学习多腔迷宫：探究斑马鱼是否通过观察同类学习，结果显示无明显社会记忆效应；

五臂放射迷宫：评估尼古丁、咖啡因奖赏偏好；

惊吓反射迷宫：检测酒精、氟西汀对惊吓记忆的损伤。

全领域重复性差的关键干扰因素

装置硬件差异：迷宫尺寸、水深、材质、臂型不统一；光照强度无管控，斑马鱼避光本能干扰结果；未隔音、外界视觉干扰影响选择。

视觉线索混乱：主流多用红色线索，但斑马鱼先天色彩偏好结论冲突，黄色线索辨识度差。

奖惩体系缺陷

食物奖赏易溶于水、快速饱腹，干扰训练；电击强度、富集环境设置无统一标准；同类奖赏方案更稳定，但饲养成本更高。

实验动物变量：品系、年龄、雌雄、发育阶段会改变焦虑与记忆表现。

药物与造模不标准化：致焦虑、致记忆损伤阳性药物无统一公认剂量方案。

标准化实操建议

十字迷宫记忆实验：采用 4 天梯度群居适应、5 天训练的经典流程；

T 迷宫记忆：基础筛选用 2 天 3 次简易范式；需检测记忆消退/反转选用色彩辨别范式；

Y 迷宫识别记忆优先选用单日两阶段快速方案，通量更高；

奖赏优先选用同类斑马鱼，避免食物溶水污染水体；

视觉线索优先红色，少用黄色；全迷宫统一光照，用水光计校准；

迷宫摆放方位均衡抵消斑马鱼天然方位偏好；水温、饲养水环境保持一致；

总结

十字、T、Y、特殊复合迷宫均可有效量化斑马鱼焦虑、学习记忆、偏好、运动四大行为，具备良好预测效度，能复现啮齿类药物、毒物的行为损伤效应；其中 T 迷宫相关研究数量最多，Y 迷宫拥有快速检测记忆的独特优势。

当前最大短板是各实验室方案碎片化，装置、流程、环境变量缺乏统一标准，大量实验难以重复，色彩偏好等指标甚至出现完全相反结果。

规范适应流程、统一光照/水温/线索、标准化奖惩、完整记录实验细节，能够显著提升斑马鱼迷宫实验的可重复性；该套迷宫范式可作为啮齿类的补充跨物种模型，用于精神疾病、神经毒理、神经药理大规模筛选。

后续研究需统一阳性对照药物剂量、明确斑马鱼色彩偏好的调控条件，进一步完善整套标准化测试体系。

有意思的是，本文梳理的各类记忆实验虽流程差异极大，却均证实斑马鱼具备联想记忆，说明该行为稳定性强、不同实验条件下易重复；斑马鱼焦虑相关检测也有类似特征，只是相关研究更少。反观颜色偏好实验，现有结论彼此冲突：部分研究称斑马鱼偏爱红、绿、黄，不喜蓝；另有研究显示幼鱼、成鱼均更偏好蓝色。目前该方向研究有限，矛盾成因、偏好是否随发育变化尚不明确，仍需更多试验佐证。

文章来源：

https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2021.05.027

欢迎转发分享