自閉症，又稱孤獨症、孤獨性障礙(autistic disorder)等，是廣泛性發育障礙(pervasive developmental disorder，PDD)代表性疾病，主要特徵是：行為重複刻板、社交障礙、漠視情感、焦慮抑鬱、語言發育遲緩等。自閉症嚴重影響人類生命和健康，疾病致殘率高，社會負擔重。隨著對自閉症譜系障礙遺傳和環境影響因素的深入了解，更多動物模型的有效使用促進了自閉症的基礎研究。
為了讓科學家從動物研究中獲得轉化價值，我們首先需要在齧齒動物中建立適當的行為相關性和分析。在本節中，我們將了解一些用於ASD行為研究的行為相關因素和檢測方法。
1、社會互動分析2、通訊檢測3、重複性行為檢測
社會互動分析
與人類一樣，齧齒動物是社會性動物，它們表現出許多社會行為，例如互惠互動、育兒、玩耍和攻擊性行為。因此，設計了許多齧齒動物行為檢測以最大限度地提高與 ASD 患者社會缺陷的相關性。
互惠社會互動
當老鼠被放在一個狹窄的空間裡時，它們會在成對或群體之間進行互惠的社交互動。這些相互作用可以通過以下形式進行評估：
- 鼻對鼻嗅，鼻對肛門生殖器嗅
- 在彼此上下爬行
- 互相推搡
- 追逐
- 正面接近和跟隨
- 摔跤
為了評估小鼠是否表現出類似自閉症的社交互動缺陷，通常使用自動視頻跟蹤系統來對互動的數量和持續時間進行評分。
社會方法
社交能力通常用小鼠的 3 室社交方法（或社交室）進行測試。該裝置由一個中央空間和兩個腔室組成。其中一個房間在金屬絲杯內裝有一隻陌生的老鼠，而另一個房間則裝有一個新物體。
社交能力被定義為活動老鼠在包含另一隻老鼠的房間中花費的時間，而不是在包含新對象的房間中的時間。一個健康的被測鼠應該更喜歡花時間與另一隻老鼠而不是非社交對象接觸。
小鼠三箱社交行為箱，型號：XR-XJ117，上海欣軟
分區測試
分區任務是另一種評估小鼠社交能力的簡單方法。它使用由穿孔隔板分隔的標準籠子將對象小鼠與籠子夥伴分開。被測老鼠可以接收來自籠子伴侶的視覺、聽覺和嗅覺刺激，但物理交互被阻止。在隔斷附近花費的時間是衡量社會興趣的一種方式，這在 ASD 患者中通常會減少。
社會偏好測試
由於齧齒動物是社交和尋求新奇的生物，因此當有兩個合作夥伴選擇時，主題老鼠應該表現出社會認可，並比熟悉的齧齒動物花更多的時間與更新穎（不太熟悉）的齧齒動物相處。用於社會偏好任務的設備包括三室設備、分區測試設備和Y-迷宮。齧齒動物的社交程度是根據它與更新穎的老鼠相處的時間來評分的。
食物偏好的社會傳遞
與吃過新食物的籠友互動可以使主題老鼠熟悉氣味。因此，與不太熟悉的食物類型相比，主題老鼠應該吃更多的這種食物。由於熟悉是通過密切的身體接觸獲得的，它反映了主題鼠的社交互動能力。因此，食物偏好的社會傳播是評估小鼠模型社會障礙的另一種方式。
通訊檢測
溝通障礙是自閉症的另一個標誌。建模交流更成問題，因為人類主要通過語音進行交流，而齧齒動物通過嗅覺信息素進行交流。齧齒動物還會發出超聲波範圍內的聲音，這被認為有助於交流。因此，交流範式測試通常包括對齧齒動物發出的嗅覺或聽覺線索以及它們對接收此類線索的反應進行評分。
泌尿信息素
小鼠對來自其他小鼠的尿液氣味表現出高度的興趣。它們還留下尿信息素作為領地標記。計算氣味標記的數量、嗅探次數和接近嗅覺線索的持續時間是對嗅覺交流進行評分的方法。
超聲波發聲
複雜的超聲波發聲是由老鼠在不同的社交場合發出的，敏感的超聲波麥克風、耳機和高級軟體都可以接收到。已發現幼鼠使用超聲波發聲來尋找它們的母親。這種類型的交流可能在齧齒動物的幼年和母體行為中起著更重要的作用。在 ASD 模型（如Shank1基因敲除小鼠和BTBR 近交雄性）中觀察到超聲波發聲的顯著干擾。
重複行為檢測
ASD 診斷的第二個標準包括存在運動刻板印象和重複行為。老鼠通常以重複盤旋、跳躍和梳理毛髮的形式，以及對開闊場地的限制性探索。刻板印象的評分主要由調查員觀察錄像的小鼠行為並記錄重複行為的持續時間來完成。
重複的自我修飾和大理石埋葬
重複自我修飾和埋在老鼠身上的大理石是刻板印象的具體例子，可以模擬特定的 ASD 人類行為，例如在 ASD 患者中組裝相同的謎題或重複玩一個遊戲。這些重複行為已在廣泛的 ASD 模型中觀察到，證明了對小鼠 ASD 的這種特徵行為進行建模的表面有效性（平行表型）。
刻板動作行為，包括齧咬（用牙齒咬籠子，嚼木屑，無目的咀嚼）、將前爪舉到嘴邊或面部、舔（不包括理毛）、理毛行為、搖頭、搖動爪子、用後腿站立及階段性的發聲，將所觀察到的各項動作行為計數及其總和作為評估刻板運動的指標。
實驗時可使用行為學視頻追蹤系統，實時記錄動物相關行為。
認知僵化
經常伴隨重複行為的 ASD 的另一個症狀是認知僵化。它被定義為當行為對實現目標無效時無法改變行為。通常，當人們或齧齒動物處於需要改變解決問題的方法的新環境中時，他們在認知上是靈活的。
在小鼠中，可以使用經典測試（如T-Maze和Morris Water Maze）評估認知功能。但在研究 ASD 時，會測試動物在迷宮中的反向學習能力，作為認知僵化的指標。例子是：
- 在 T 迷宮的另一側找到食物獎勵，從那裡它第一次學會找到獎勵
- 在Morris水迷宮中重新安置隱藏的逃生平台
ASD 小鼠模型通常能夠進行初始學習，但由於高度認知僵化而無法逆轉。
文獻參考
- Ornoy, A., Weinstein-Fudim, L. & Ergaz, Z. Prevention or Amelioration of Autism-Like Symptoms in Animal Models: Will it Bring Us Closer to Treating Human ASD? Int J Mol Sci 20, doi:10.3390/ijms20051074 (2019).
- Crespi, B. J. Autism As a Disorder of High Intelligence. Front Neurosci 10, 300, doi:10.3389/fnins.2016.00300 (2016).
- Gnanavel, S. & Robert, R. S. Diagnostic and statistical manual of mental disorders, fifth edition, and the impact of events scale-revised. Chest 144, 1974, doi:10.1378/chest.13-1691 (2013).
- Silverman, J. L., Yang, M., Lord, C. & Crawley, J. N. Behavioural phenotyping assays for mouse models of autism. Nat Rev Neurosci 11, 490-502, doi:10.1038/nrn2851 (2010).
- Gharani, N., Benayed, R., Mancuso, V., Brzustowicz, L. M. & Millonig, J. H. Association of the homeobox transcription factor, ENGRAILED 2, 3, with autism spectrum disorder. Mol Psychiatry 9, 474-484, doi:10.1038/sj.mp.4001498 (2004).
- Park, H. R. et al. A Short Review on the Current Understanding of Autism Spectrum Disorders. Exp Neurobiol 25, 1-13, doi:10.5607/en.2016.25.1.1 (2016).
- Kazdoba, T. M. et al. Translational Mouse Models of Autism: Advancing Toward Pharmacological Therapeutics. Curr Top Behav Neurosci 28, 1-52, doi:10.1007/7854_2015_5003 (2016).
- Hrabovska, S. V. S., Y.T. Animal Models of Autism Spectrum Disorders and Behavioral Techniques of their Examination. Neurophysiology 48, doi:DOI 10.1007/s11062-017-9613-2 (2016).
如果您也對動物實驗感興趣，歡迎關注和推薦關注知乎帳號：腦聲常談 和 微信公眾號：bioviewer，專注於動物神經科學與行為學的實驗知識的方法傳播與分享交流，您可以推薦給您身邊的朋友、同學以及老師，我們會定期更新您需要的相關實驗方法的視頻和文章，希望能對大家帶來幫助！