斑馬魚會感到無聊嗎？

一月即將結束，在深冬的這段時間裡，人們常常很難找到一些活動來消磨時間。下雨和寒冷天氣迫使我們待在家裡，如果沒有室內活動，我們很容易感到無聊。那麼魚缸裡的斑馬魚呢？它們也會感到無聊嗎？

本篇文章主要在強調魚缸環境豐富化對斑馬魚的無聊、焦慮和認知能力的重要性和影響。豐富化也是 3R（替代、減少和最佳化）原則的一部分。

3R原則

3R 原則的概念由 William Russell 和 Rex Burch 於 1959 年提出，但直到 2014 年，這些原則才受到越來越多的關注 (PubMed)。3R 代表「替代」、「減少」、「最佳化」。

在瑞士，瑞士 3R 專業技能中心 (3RCC) 負責促進 3R 文化的建立。11 月 6 日，Bionomous 組織了一場斑馬魚改良網路研討會，主要提供有關改善實驗室斑馬魚福利的改良策略的訊息，並促進相關領域的交流。在本次活動中，EggSorter 被展示為一個重要的工具，突顯了自動化在斑馬魚胚胎模型研究中規範化和促進 3R 原則的重要角色。

斑馬魚的自然環境

斑馬魚原產於印度、巴基斯坦、尼泊爾、孟加拉、斯里蘭卡和緬甸。它們生活在溪流、靜水池、稻田、排水溝和牲畜池塘中，這些地方的特徵是水淺且水流緩慢。它們主要分佈在植被相對豐富的邊緣地帶。在溪流或水池的底部，可以找到泥、沙或礫石。

它們的棲息地結構顯示它們與人類活動有關。這可能是由於水稻種植中使用了化學肥料造成的。肥料可以促進浮游動物和浮游植物的生長。它們的食物包括昆蟲、小型甲殼類動物、浮游動物、藻類、植物材料和碎屑。事實上，它們是雜食動物。

如果您想了解更多關於斑馬魚自然棲息地的訊息，您可以在 Bionomous 的文章“我們的水生模型來自哪裡？”中找到更多訊息。

Figure 1: Zebrafish natural environments. Zebrafish are found in streams both pristine (A) and shared with people (B, D, E), in ephemeral pools at stream margins (F), and in man-made bodies of water (C). Modified from 

環境豐富化

豐富的環境是多種刺激的組合，可以提供更好的活動選擇，並更好地控制社會和空間壓力來源。它們用於改善動物福利，從而回應 3R 原則中的「改進」點。動物福利包括自然行為的表達、健康和正向的心理狀態。良好的福利是保證實驗有效性和重複性的重要策略，它能夠對大腦形態、生理和行為進行積極的調節。此外，也觀察到其他幾種反應（3,5）：

• 減少焦慮行為
• 增加探索
• 更高的生育能力和繁殖力
• 學習速度更快
• 更好的記憶
• 區分相似空間環境的能力
• 大腦整體尺寸增加

有趣的是，斑馬魚能夠感受到無聊，無聊的定義是由於缺乏行為機會而引起的負面狀態。如果缺乏積極互動的機會，動物可能會陷入無法避免的無聊和不良福祉。事實上，一些實驗顯示，斑馬魚更傾向於待在具有豐富化設施的隔間，且會自發性地參與提供認知刺激的機會。但個人偏好確實存在差異。

雄性和雌性斑馬魚則表現出不同的偏好順序，並非所有新奇的物體都能同樣吸引斑馬魚。好奇心，以及由此產生的興趣，與避免無聊有關。偏好是透過對物體的吸引力、接近物體的延遲、社交動態和潛水行為（一種壓力指標）來衡量的。

豐富化可分為 5 個類別：

• 社交豐富化

斑馬魚是高度社會化的物種，在野外成群生活。研究人員發現，與福祉相關的主要好處是，生活在群體中的個體能夠更快地從壓力中恢復過來。

• 物理性環境豐富化

在有植物、遮蔽物或建築物的水箱中，斑馬魚表現出的壓力和焦慮較小，探索行為和社會凝聚力增強。這些影響可能是由於他們有更多機會躲避社交互動、干擾、水流和光照而造成的。

• 營養豐富化

可以透過提供鮮活食物、多樣化的飲食或改變餵食頻率來增加營養。

• 操作性環境豐富化

有運動的機會或對其環境行使控制權，已知能提高學習能力並降低焦慮程度。水流可以被視為一種良好的操作性環境豐富化。

• 感官豐富化

這一類別包括視覺、嗅覺、聽覺和觸覺的豐富化。添加基質或景觀的圖像可能會產生生理影響，例如：增加產卵量。光照程度的變化，例如：黎明和黃昏的交替，聆聽古典音樂或安裝流水裝置（觸覺刺激），有助於減輕焦慮，改善健康狀況。

一些養魚場或實驗室已經發現，在實施環境豐富策略方面存在一些挑戰。環境豐富化可能會增加實驗所得數據的變異性，使魚缸清潔更加困難，並產生一些與魚缸衛生相關的問題。另外，水質的化學組成也可能因放入缸內的豐富化設施發生氧化而改變。他們也指出，環境豐富化設施為生物薄膜與病原體的生長提供了更多的表面積，進而促使疾病傳播。

為了避免將異物插入水族箱，將影像貼在水族箱壁上可能是個不錯的選擇。

結論

最佳化（Refinement）與減量（Reduction）及替代（Replacement）共同組成 3Rs 原則。在魚類設施或使用魚類的實驗室中，與哺乳動物的最佳化做法相比，最佳化（refinement）的應用較不普遍，且對其了解也較少。這項事實背後的原因之一，可能是歷史上將魚類視為原始或低等脊椎動物的觀念。但正如我們在本文中所探討的，斑馬魚會感到無聊、焦慮，也會經歷壓力。

研究顯示，生活在具有環境豐富化設施魚缸中的斑馬魚，其動物福祉得到了顯著改善。其中一些改善包括社會凝聚力的增加，或是探索行為的提升。

目前對於安裝高效環境豐富化設施尚無統一標準。以標準化的方式建立此類做法，將能提升對最佳化（refinement）原則的重視，並使實驗之間具備更高的再現性。為了達成此目標，持續對斑馬魚、其原生環境及其行為進行研究相當重要。

參考資料：

1. Tannenbaum J, Bennett BT. Russell and Burch’s 3Rs Then and Now: The Need for Clarity in Definition and Purpose. J Am Assoc Lab Anim Sci. 2015;54(2).
2. 3RCC. Swiss 3R Competence Center. [cited 2023 Nov 23]. 3Rs principle in animal research. Available from: https://swiss3rcc.org/the-3rs-in-switzerland
3. Volgin AD, Yakovlev OV, Demin KA, De Abreu MS, Rosemberg DB. Understanding the Role of Environmental Enrichment in Zebrafish Neurobehavioral Models. 2018 [
4. Parichy DM. Advancing biology through a deeper understanding of zebrafish ecology and evolution. eLife. 4:e05635.
5. Stevens CH, Reed BT, Hawkins P. Enrichment for Laboratory Zebrafish—A Review of the Evidence and the Challenges. 2021;
6. Franks B. Curiosity in zebrafish (Danio rerio)? Behavioral responses to 30 novel objects. Front Vet Sci.
7. Schroeder P, Jones S, Young IS, Sneddon LU. What do zebrafish want? Impact of social grouping, dominance and gender on preference for enrichment. Lab Anim. 2014 Oct 1;48(4):328–37.