動(dòng)物行為實(shí)驗(yàn)指南丨嚙齒動(dòng)物口面部疼痛評(píng)估方法總結(jié)

口面部疼痛評(píng)估裝置（OPAD）是一種基于自愿行為的操作性疼痛評(píng)估系統(tǒng)。OPAD系統(tǒng)由一個(gè)熱刺激器和金屬絲組成，可用于評(píng)估熱敏感性和機(jī)械敏感性。處于饑餓狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象被放置在操作箱內(nèi)，只有當(dāng)它接觸熱刺激和機(jī)械刺激時(shí)，才能獲取食物獎(jiǎng)勵(lì)。從本質(zhì)上講，實(shí)驗(yàn)對(duì)象需要選擇忍受刺激以獲得獎(jiǎng)勵(lì)。與傳統(tǒng)的通常基于反射行為的檢測(cè)不同，OPAD允許實(shí)驗(yàn)對(duì)象為獲得獎(jiǎng)勵(lì)自行選擇刺激閾值。這種獎(jiǎng)勵(lì)-沖突范式在表面效度、內(nèi)容效度和預(yù)測(cè)效度方面表現(xiàn)更佳。最初的操作性疼痛評(píng)估裝置僅設(shè)計(jì)用于評(píng)估熱敏感性。該裝置包括一對(duì)熱刺激器，它們由接地的鋁管構(gòu)成，排列在通往獎(jiǎng)勵(lì)喂食器的開(kāi)口處。通過(guò)柔性聚乙烯管將加熱或冷卻到所需刺激溫度的水輸送過(guò)來(lái)，從而誘導(dǎo)熱刺激。

基本組成和原理：

OPAD裝置的熱刺激器主要由能夠產(chǎn)生和調(diào)節(jié)熱量的部件構(gòu)成。其工作原理是基于熱傳導(dǎo)，通過(guò)特定的加熱元件（如加熱絲等）將電能轉(zhuǎn)化為熱能。當(dāng)開(kāi)啟熱刺激功能時(shí)，加熱元件會(huì)升溫，熱量會(huì)傳遞到與動(dòng)物（如實(shí)驗(yàn)大鼠等）接觸的部分。

熱刺激器通常可以精確控制溫度的變化，這是因?yàn)樗鋫淞藴囟葌鞲衅骱头答佌{(diào)節(jié)系統(tǒng)。溫度傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)熱刺激器表面的溫度，然后將溫度信號(hào)反饋給控制器。控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度程序和反饋的溫度信息，調(diào)整加熱元件的功率，以確保溫度保持在設(shè)定的范圍內(nèi)。例如，如果預(yù)設(shè)溫度為40℃，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到溫度低于40℃時(shí)，控制器會(huì)增加加熱元件的功率，使溫度上升；當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，則會(huì)降低功率，使溫度下降。

儀器與設(shè)備：

OPAD由一個(gè)帶有金屬底座的透明丙烯酸籠子組成。籠子底部有一個(gè)額外的金屬格柵。在籠子的一側(cè)，通往獎(jiǎng)勵(lì)喂食器的開(kāi)口處排列著一對(duì)熱刺激器和鎳鈦合金絲，分別對(duì)口面部區(qū)域提供熱刺激和機(jī)械刺激。熱刺激器之間的距離可以改變，以適應(yīng)動(dòng)物的大小。此外，溫度（4°C至75°C的溫度范圍）和裝置的實(shí)驗(yàn)參數(shù)可以使用相關(guān)軟件和液晶顯示屏進(jìn)行控制和管理。該儀器配備了一個(gè)帶有金屬噴嘴的獎(jiǎng)勵(lì)瓶。只有同時(shí)接觸熱刺激器或機(jī)械突出物才能獲得獎(jiǎng)勵(lì)。該設(shè)備允許自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用方式：

在使用OPAD進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，熱刺激器會(huì)與動(dòng)物的口面部等部位接觸。動(dòng)物被放置在操作箱內(nèi)，由于饑餓驅(qū)動(dòng)它去獲取食物獎(jiǎng)勵(lì)。為了得到獎(jiǎng)勵(lì)，動(dòng)物需要接觸熱刺激。熱刺激器的溫度可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行調(diào)整。例如，在研究不同程度熱刺激引起的疼痛反應(yīng)時(shí)，可以設(shè)置一系列不同的溫度梯度，如從35℃（接近正常體溫，作為對(duì)照溫度）逐步升高到50℃。當(dāng)熱刺激器溫度升高時(shí)，動(dòng)物接觸熱刺激所感受到的疼痛程度可能會(huì)相應(yīng)增加。動(dòng)物會(huì)根據(jù)自身對(duì)疼痛的耐受程度來(lái)選擇是否繼續(xù)接觸熱刺激以獲取食物獎(jiǎng)勵(lì)。這種自主選擇行為能夠幫助研究人員了解動(dòng)物對(duì)熱刺激疼痛的感知和反應(yīng)閾值。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，熱刺激器的工作時(shí)間也可以進(jìn)行控制。可以設(shè)置單次熱刺激的持續(xù)時(shí)間，比如每次熱刺激持續(xù)5秒，然后間隔一段時(shí)間（如10秒）后再次進(jìn)行熱刺激。通過(guò)觀察動(dòng)物在不同熱刺激時(shí)間下的反應(yīng)，研究人員可以進(jìn)一步分析動(dòng)物對(duì)熱刺激疼痛的時(shí)間-反應(yīng)關(guān)系。例如，隨著熱刺激時(shí)間的延長(zhǎng)，動(dòng)物可能會(huì)更快地停止接觸熱刺激以避免疼痛。

研究表明，在42°C和45°C時(shí)，能夠觀察到辣椒素誘導(dǎo)的顯著的異常性疼痛和痛覺(jué)過(guò)敏效應(yīng)。另一項(xiàng)研究使用OPAD來(lái)研究雄性和雌性大鼠的冷敏感性。當(dāng)在24°C、10°C和2°C的冰點(diǎn)以上溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行評(píng)估時(shí)，可以觀察到雄性和雌性在行為表現(xiàn)上的差異。

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訓(xùn)練方案：

在每次使用前后以及不同實(shí)驗(yàn)對(duì)象之間，都要徹底清潔口面部疼痛評(píng)估裝置。適當(dāng)?shù)卣樟翆?shí)驗(yàn)場(chǎng)地。確保將不必要的外部刺激降至最低。除了OPAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集外，還可以使用跟蹤和視頻系統(tǒng)。

預(yù)訓(xùn)練：

在OPAD中訓(xùn)練之前，將實(shí)驗(yàn)對(duì)象禁食適當(dāng)?shù)臅r(shí)間。將實(shí)驗(yàn)對(duì)象放入籠子中，并將熱刺激器設(shè)置為非厭惡溫度。給實(shí)驗(yàn)對(duì)象足夠的時(shí)間探索儀器。每周至少進(jìn)行3次試驗(yàn)，持續(xù)2周，或者直到觀察到一致的行為。

操作性程序最適用于無(wú)毛嚙齒動(dòng)物。如果嚙齒動(dòng)物有面部毛發(fā)，強(qiáng)烈建議使用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈコ４_保只去除頰部毛發(fā)，而不是觸須墊/胡須，以免影響實(shí)驗(yàn)對(duì)象的行為。在測(cè)試前1至2天進(jìn)行毛發(fā)去除程序，以獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。在測(cè)試前進(jìn)行處理。

在獎(jiǎng)勵(lì)瓶中裝滿獎(jiǎng)勵(lì)液體。將獎(jiǎng)勵(lì)瓶放在支架上，使實(shí)驗(yàn)對(duì)象必須用其頰部區(qū)域接觸熱刺激器才能舔到噴嘴。將實(shí)驗(yàn)對(duì)象放入籠子中。如果實(shí)驗(yàn)對(duì)象的觸須碰到獎(jiǎng)勵(lì)瓶，或者頰部區(qū)域沒(méi)有接觸到熱刺激器，則進(jìn)一步調(diào)整獎(jiǎng)勵(lì)瓶的位置。將熱刺激器設(shè)置為所需溫度，并開(kāi)始設(shè)定為預(yù)定試驗(yàn)長(zhǎng)度的試驗(yàn)組。根據(jù)需要重復(fù)試驗(yàn)。

數(shù)據(jù)分析：

• 舔舐：舔舐次數(shù)、每次舔舐的持續(xù)時(shí)間、第一次舔舐的潛伏期、最長(zhǎng)舔舐時(shí)間、最短舔舐時(shí)間、舔舐頻率。

• 接觸：接觸次數(shù)、每次接觸的持續(xù)時(shí)間、第一次接觸的潛伏期、最長(zhǎng)接觸時(shí)間、最短接觸時(shí)間。

• 比率：舔舐/面部接觸比率（L/F：獎(jiǎng)勵(lì)舔舐事件數(shù)除以刺激接觸次數(shù)。每次有舔舐事件時(shí)就會(huì)產(chǎn)生接觸）是OPAD上痛覺(jué)感受的一個(gè)衡量指標(biāo)。

口面部疼痛評(píng)估裝置使用獎(jiǎng)勵(lì)-沖突范式來(lái)量化疼痛行為。這個(gè)簡(jiǎn)單的裝置允許根據(jù)對(duì)溫度以及機(jī)械刺激的反應(yīng)來(lái)評(píng)估疼痛參數(shù)。因此，能夠在單個(gè)系統(tǒng)內(nèi)比較疼痛反應(yīng)。該儀器允許比較治療組與未治療組的表現(xiàn)，以及不同疾病和損傷組的表現(xiàn)。

優(yōu)點(diǎn)

操作性口面部評(píng)估裝置允許在單個(gè)系統(tǒng)內(nèi)評(píng)估機(jī)械性和熱疼痛敏感性。該設(shè)置允許在相同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)下直接比較兩種模式下的表現(xiàn)。與傳統(tǒng)的疼痛檢測(cè)方法不同，OPAD依賴實(shí)驗(yàn)對(duì)象的自愿行為。此外，由于該裝置不需要任何約束，對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象來(lái)說(shuō)壓力相對(duì)較小。

局限性

由于OPAD系統(tǒng)依賴自愿行為，訓(xùn)練和測(cè)試可能很耗時(shí)。該任務(wù)要求實(shí)驗(yàn)對(duì)象在訓(xùn)練前禁食。這給實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)引入了一個(gè)食欲因素。熱模擬在無(wú)毛皮膚上效果較好。因此，有毛發(fā)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象在測(cè)試前必須去除毛發(fā)。成排的金屬絲可能無(wú)法均勻地施加機(jī)械刺激。實(shí)驗(yàn)對(duì)象可能會(huì)通過(guò)傾斜頭部來(lái)分散機(jī)械刺激的效果。實(shí)驗(yàn)對(duì)象的疼痛敏感性可能因其品系、年齡和性別而異。此外，嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)或視覺(jué)等外部因素會(huì)影響任務(wù)表現(xiàn)。

案例解析：

Fig1 為了接觸裝滿甜煉乳的獎(jiǎng)勵(lì)瓶，動(dòng)物必須接觸一個(gè)由直徑為0.010英寸的環(huán)形不銹鋼絲組成的360°陣列。這種設(shè)計(jì)將因動(dòng)物回避行為導(dǎo)致的誤差降至最低（A）。當(dāng)動(dòng)物接觸該陣列時(shí)（B），一個(gè)電機(jī)和螺紋桿會(huì)將獎(jiǎng)勵(lì)瓶組件移得離籠子更遠(yuǎn)（C）。動(dòng)物必須持續(xù)讓頭部穿過(guò)機(jī)械刺激絲，才能獲取獎(jiǎng)勵(lì)瓶。

實(shí)驗(yàn)流程概述

1. 測(cè)試前禁食及操作：動(dòng)物在測(cè)試前禁食12-15小時(shí)（過(guò)夜）。次日早晨，將動(dòng)物置于丙烯酸測(cè)試箱內(nèi)。當(dāng)動(dòng)物接觸獎(jiǎng)勵(lì)瓶時(shí)，控制并記錄瓶子移動(dòng)。重復(fù)該過(guò)程，直到收集到五次動(dòng)物可耐受的獎(jiǎng)勵(lì)瓶距離測(cè)量值，或測(cè)試時(shí)間達(dá)到10分鐘。每天為每只動(dòng)物計(jì)算平均耐受距離。

2. 訓(xùn)練期

適應(yīng)階段：在兩周時(shí)間內(nèi)，每周三次讓動(dòng)物適應(yīng)測(cè)試箱，期間動(dòng)物可無(wú)障礙接觸獎(jiǎng)勵(lì)瓶。

第三周：在水瓶前放置一個(gè)0.9英寸孔徑的陣列，每周繼續(xù)測(cè)試三次，獎(jiǎng)勵(lì)瓶的最大停止距離從0.0英寸增加到0.25英寸，最后增加到0.5英寸。

第四周：將孔徑減小到0.7英寸，獎(jiǎng)勵(lì)瓶的最大停止距離再次從0.0英寸增加到0.25英寸，再到0.5英寸。

第五周：允許動(dòng)物跟隨獎(jiǎng)勵(lì)瓶至其最大耐受閾值。

3. 辣椒素誘導(dǎo)的口面部疼痛實(shí)驗(yàn)

辣椒素處理：訓(xùn)練后，用異氟烷麻醉動(dòng)物，在覆蓋咬肌直至觸須的皮膚上大量涂抹辣椒素乳膏。用溫水治療墊對(duì)涂抹辣椒素的區(qū)域進(jìn)行加熱。5分鐘后，用濕紙巾擦去多余的辣椒素，讓動(dòng)物在進(jìn)行機(jī)械敏感性測(cè)試前恢復(fù)30分鐘。

機(jī)械敏感性測(cè)試：在辣椒素測(cè)試前1周（基線）、第0天涂抹辣椒素（辣椒素）、第3天不涂抹辣椒素（基線）、第7天涂抹辣椒素（辣椒素）、第10天不涂抹辣椒素（基線）、第14天涂抹辣椒素（辣椒素）、第16天不涂抹辣椒素（基線）時(shí)，進(jìn)行口面部機(jī)械敏感性測(cè)試。

文獻(xiàn)引用：

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