脑声常谈：介绍几种斑马鱼视觉行为学实验的测试方法（1）

斑马鱼是一种典型的白昼活动和具有较好视觉功能的鱼类，视网膜面积为(3.04 ± 0.29)mm2，厚度 为(167.5 ± 12.5)μm，视网膜细胞层可分为10层，神经节细胞总数量约为 40000～56000 个，感光细胞层(包括色素上皮层)与神经网膜厚度比值约为 1∶1.3．顶盖是鱼脑中高度发达的部分，视觉信 息通过视交叉投射至对侧顶盖，而很少投射至同侧顶盖．视觉信息输入在斑马鱼群聚、捕食、逃避等高级神经活动中都占主导地位．已经报道过的视觉行为学实验有：惊恐反应(startle response)、 趋光反应 (phototaxis)、 眼动反应 (optokineticresponse)、视动反应(optomotor response)、逃避反应(escape response)和背光反应(dorsal light reflex)等.

惊恐反应(startle response)

斑马鱼的惊恐反射是一种可以由视觉、听觉与嗅觉诱导的明显的生理反应．惊恐反应可以用来简 单地检测斑马鱼的视觉功能是否正常．视觉正常的斑马鱼在经过一段时间的适应后，如其所在区域的 光线突然变暗或者变亮，它会有一个迅速地逃脱该区域的动作．Easter 等进一步研究表明，斑马鱼 的惊恐反应是在受精后 68 h(hour post-fertilization,hpf)产生的，虽然这时斑马鱼的眼睛还在形成当中，而且视网膜神经元的突触也正在建立．斑马鱼发育到 96 hpf 后，由于幼年斑马鱼具有自由运动的能力，对惊恐反应的检测将变得比较困难，因此对斑 马鱼突变体的检测一般不使用该行为学方法．

趋光反应(phototaxis)

斑马鱼的趋光反应是指斑马鱼在黑暗环境下会趋向于有光的环境，但这种行为学实验一般也不用 于突变体的检测．在一个一分为二的水缸中，无论 是刚开始时两边都处于光照环境然后将一边遮光， 还是刚开始两边都为黑暗环境然后将一边光照，斑马鱼都将趋向于有光照的一边．这种行为在幼年斑马鱼和成年斑马鱼中都可以表现出来．该行为学有时可以用来简单地检测斑马鱼的视觉功能，但是 这种反应不是十分地强烈，因为有实验显示在经过5min 的暴露之后，也只有 85%左右的斑马鱼迁移 到光照的一边．

眼动反应(optokinetic response, OKR)

眼动反应是检测斑马鱼视觉相关基因突变的经典行为学实验．受精后第3天(day post-fertilization,dpf)开始，幼鱼在光适应一段时间后就会对移动的 光栅进行注视，如果光栅是在一个围绕幼鱼的圆筒上移动时(图 1)，幼鱼的眼睛就会一直追随光栅直 到其眼睛不能再转动，然后就会有一个急速的眼颤 动以回复到最初水平．之后又进行下一个追随反 应，如此循环．斑马鱼所在培养皿的正上方放 置一个数码摄像机对其眼动进行实时记录，然后用 专门的软件分析眼睛与体轴的夹角，从而可以筛选出视觉功能存在缺陷的个体．Streisinger 在第一次 将斑马鱼作为模式动物的时候就已经注意到这种现 象，他们最早应用了斑马鱼的眼动反应和视动反应 来筛选视觉缺陷的个体．

当光栅是由圆筒上的黑白条纹产生时，调整条 纹的宽度可以调节刺激的空间频率，而调整圆筒的 转速可以调节刺激的时间频率．当使用数码投影时，可以对黑白条纹的光栅进行相应的傅立叶变 换，产生一组带有第二信息(second-order)的光栅刺 激．Orger 等的实验证实，幼年斑马鱼不仅可以 对第一刺激指令起反应，也可以对第二刺激指令起正确的反应．然而有意思的是，人类对这种次级指 令的视觉认知是在视皮层中进行的，可是斑马鱼却没有视皮层．因此，作者提出对刺激指令信号的提 取可能在低等脊椎动物的神经回路中就已经形成的 观点．

报道中斑马鱼适合做 OKR 的年龄是在 73～80 hpf 时期，成鱼暂时还没有相关的 OKR 报道． 这是因为幼鱼可以通过体表呼吸，当幼鱼固定在甲 基纤维素中进行视动反应时并不会因为窒息而死， 但是成年斑马鱼在甲基纤维素固定的情况下鳃部不 能张合以致死亡．不过我们进行的实验表明，用特定的方法固定成鱼头部与身体，同样实验条件下也可以看到明显的OKR(实验数据未发表)．

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