當前，斑馬魚作為神經(jīng)科學與行為學研究的重要模式生物，因其與人類基因相似度高達87%、胚胎透明、繁殖周期短等特性，在行為學研究領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特的價值。
從經(jīng)典范式到高通量篩選的技術(shù)革新，從探索焦慮行為、學習認知、社交防御等3大行為模塊構(gòu)建，到基因、神經(jīng)環(huán)路、復(fù)雜行為的整合分析，斑馬魚行為學研究不斷推動著神經(jīng)科學、藥物研發(fā)、毒理學和發(fā)育生物學的創(chuàng)新發(fā)展，并為人類轉(zhuǎn)化醫(yī)學與精準醫(yī)療應(yīng)用提供了全新的視角。本期，我們一起來探究探索焦慮行為的經(jīng)典范式及其應(yīng)用進展——
Part 01 斑馬魚探索與焦慮行為實驗
斑馬魚的焦慮行為與哺乳動物類似，其皮質(zhì)醇應(yīng)激通路與人類高度同源，通過基因編輯可以敲除其糖皮質(zhì)激素受體基因，從而誘發(fā)斑馬魚焦慮表型。斑馬魚探索與焦慮行為研究，常通過曠場實驗（Open Field Test, OFT）、新型水槽測試（Novel Tank Test, NTT）等實驗方法，利用斑馬魚天生的趨觸性和對開放空間的回避反應(yīng)，來量化評估斑馬魚在新環(huán)境中的運動活動、探索行為和焦慮樣行為，可用于評估藥物的抗焦慮作用及焦慮相關(guān)疾病的發(fā)病機制。如，給予斑馬魚抗焦慮藥物后，其在曠場中心區(qū)域的停留時間可能增加，表明焦慮水平降低。
斑馬魚曠場實驗（OFT）
技術(shù)優(yōu)勢：是行為學研究領(lǐng)域中一項經(jīng)典且廣泛應(yīng)用的技術(shù)，通過量化斑馬魚在新異環(huán)境中的行為反應(yīng)，揭示其焦慮水平、探索動機及運動能力等神經(jīng)行為學特征，具有操作簡便、高通量、成本低等優(yōu)勢。
實驗原理：基于斑馬魚對開闊空間的自然行為反應(yīng)模式，通過分析魚類的游泳軌跡來評估其焦慮水平和運動能力。焦慮水平較高的斑馬魚可能更傾向于停留在曠場邊緣區(qū)域，而較少進入中心區(qū)域。
關(guān)鍵指標：底部停留時間（反映焦慮程度）、總游動距離（評估運動能力）以及重復(fù)轉(zhuǎn)圈行為（指示神經(jīng)異常）。
實驗方法：使用透明或半透明水槽，當斑馬魚剛進入時，會因恐懼本能傾向于貼附邊緣區(qū)域活動，即“邊緣偏好”，但其探究欲望又會驅(qū)動其向中心區(qū)域探索。通過精確測量斑馬魚在中心區(qū)域與邊緣區(qū)域的停留時間、運動軌跡及速度等參數(shù)，可間接推斷其情緒狀態(tài)與認知功能。
應(yīng)用案例：已有許多斑馬魚研究表明，不同藥理學的干預(yù)可顯著改變斑馬魚曠場行為表型，如嗎啡戒斷會增強邊緣偏好并增加甩尾行為，而乙醇處理則減少中心區(qū)域活動抑制；帕金森病等會導(dǎo)致斑馬魚運動能力下降，重金屬暴露也導(dǎo)致焦慮行為增加等。
新型水槽測試（NTT）
技術(shù)優(yōu)勢：它是行為學研究領(lǐng)域的關(guān)鍵工具，通過水槽測量垂直探索行為，揭示其焦慮水平、探索動機及運動能力等神經(jīng)行為學特征。
實驗原理：基于斑馬魚的“趨地性”本能，當首次被置于陌生水箱時，魚會因恐懼而在底部附近潛水以規(guī)避潛在威脅。隨著適應(yīng)環(huán)境，其探索行為逐漸增加，表現(xiàn)為向上層區(qū)域游動。
評價指標：頂部停留時間減少、進入頂層延遲時間延長、底部與上層區(qū)域的穿梭次數(shù)、總游動距離、平均速度等。
實驗方法：將斑馬魚隨機分為對照組和實驗組，適應(yīng)性飼養(yǎng)后進行實驗。使用玻璃水缸作為測試容器，通常分為兩個相等的虛擬水平部分——底部和上部，通過視頻錄制系統(tǒng)記錄斑馬魚在測試容器中的行為。隨后，使用專業(yè)的視頻跟蹤和分析軟件對斑馬魚的行為進行量化分析，記錄斑馬魚在不同區(qū)域的停留時間、運動軌跡、速度等參數(shù)，并計算相關(guān)評價指標，以評估不同處理對斑馬魚焦慮樣行為的影響。
應(yīng)用案例：已有研究將斑馬魚新型水槽測試（NTT）應(yīng)用于益生菌研究、抗焦慮藥物驗證、基因功能研究等。研究結(jié)果表明，長期攝入鼠李糖乳桿菌的斑馬魚在NTT中上層停留時間增加，焦慮行為減少；抗焦慮藥，如丁螺環(huán)酮可延長上層探索時間，與NTT結(jié)果一致；nacre突變體在開放領(lǐng)域測試中底部停留延長，揭示其焦慮相關(guān)行為異常等。
Part 02 斑馬魚行為分析及成像設(shè)備——環(huán)特自主研發(fā)，硬核登場！
隨著自動化追蹤系統(tǒng)與深度學習算法的突破，國產(chǎn)斑馬魚行為分析設(shè)備正迎來關(guān)鍵窗口期。斑馬魚行為分析及成像識別設(shè)備不僅可以量化斑馬魚在曠場、水槽測試中的運動軌跡、區(qū)域停留時間等參數(shù)，為焦慮行為的客觀評估提供了科學依據(jù)，也能夠?qū)Π唏R魚神經(jīng)系統(tǒng)進行活體成像，觀察其神經(jīng)元的活動、突觸的連接等微觀結(jié)構(gòu)，為失眠、焦慮、抑郁癥等疾病模型構(gòu)建、藥物靶點發(fā)現(xiàn)及行為機制研究提供了更精準的研究工具。
環(huán)特生物依托20年在斑馬魚技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的積淀，推出全棧自研的斑馬魚高通量2D行為分析系統(tǒng)、斑馬魚成/幼魚3D行為分析系統(tǒng)、斑馬魚全景成像系統(tǒng)，并入選2025杭州市優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品推薦目錄！
其3D行為建模算法、全景動態(tài)追蹤技術(shù)等核心指標達到國際領(lǐng)先水平，全球首創(chuàng)的360度全景成像系統(tǒng)攻克了斑馬魚多維立體觀測難題，其穩(wěn)定性、智能控制系統(tǒng)等也突破了關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了生物技術(shù)科研設(shè)備領(lǐng)域的重大突破，填補了斑馬魚專用設(shè)備空白，為國產(chǎn)斑馬魚設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展注入了強勁動力。
斑馬魚3D行為分析系統(tǒng)
斑馬魚3D行為分析系統(tǒng)可用于斑馬魚成魚/幼魚神經(jīng)疾病、運動能力等相關(guān)行為實驗運動軌跡追蹤、數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)多條斑馬魚在同一空間內(nèi)的同時分析，可以拓展多個行為分析組件，進行新型水箱測試、捕食者測試、社交測試，做記憶力訓(xùn)練、神經(jīng)受損、焦慮、性保健等模型實驗。
斑馬魚2D高通量行為分析系統(tǒng)
DanioTrack 2D斑馬魚高通量行為分析系統(tǒng)，可用于斑馬魚成魚/幼魚神經(jīng)疾病、運動能力等相關(guān)行為實驗運動軌跡的追蹤、活躍程度監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，具備在同一平面內(nèi)針對多個目標斑馬魚進行同步分析的功能。
斑馬魚全景成像系統(tǒng)
Danio Visual斑馬魚全景成像系統(tǒng)，是一款為斑馬魚定制的軟硬件系統(tǒng)，其中包括前端的限位功能、光學成像模塊與斑馬魚分析軟件，可用于斑馬魚熒光和白光圖像采集、圖像分析，適用于所有3-7天的斑馬魚幼魚實驗終點活體成像。
目前，環(huán)特斑馬魚行為分析及成像設(shè)備已成功應(yīng)用于多家科研院所、企業(yè)，設(shè)備表現(xiàn)穩(wěn)定，客戶對其性能及售后服務(wù)給予高度認可。相信環(huán)特斑馬魚專用實驗設(shè)備也將助力更多斑馬魚行為學研究取得突破性成果，有效提升實驗效率和實驗效果，讓科研更智能，引領(lǐng)智能實驗室設(shè)備行業(yè)發(fā)展！歡迎來電垂詢！