Forced Swimming Test 強迫游泳實驗簡介

強迫游泳實驗 (Forced Swim Test, FST) 是在1970年末由 Porsolt 博士所研發，其原先的目的是用來進行抗憂鬱藥物的測試。憂鬱症是世界上最常見的情緒與精神相關疾病，目前約有數以百萬計的人受憂鬱症所困擾。就現今的角度來看，使用老鼠作為人類憂鬱症的略顯粗糙，然而憂鬱症的起因、機制與根治方式相關研究皆尚未完全被研究透澈，且憂鬱症的動物模式與人類憂鬱症也有許多相似甚至相同之處，在藥物測試上亦顯得突出，因此強迫游泳實驗在近半世紀後的今天仍然是憂鬱症相關研究的一項利器。

 

強迫游泳實驗與同樣性質的懸尾實驗 (Tail Suspenstion Test, TST)，有時也被統稱為絕望測試 (Behavioral Despair Test)，此類實驗的原理為讓動物處於高壓的環境下且讓它們無所遁形，動物起初會掙扎並試著脫逃，然而當它們了解到所有作為皆是徒勞時它們會放棄並停止所有的動作 (只會花費最少的力氣抬頭與維持飄浮)。若我們給予相同的動物抗憂鬱藥物，動物掙扎的時間則會顯著的增加，且會表現得更積極努力想要脫逃，現今的研究即將動物放棄掙扎的表現視為憂鬱的症狀，並將其掙扎的時間長短變化視為動物憂鬱的嚴重程度 (或是抗憂鬱藥物治療的療效)

 

此實驗所需的設備極其簡單：一個裝很多水但也不能太滿的透明柱狀水桶，水深必須要深到不能讓動物在掙扎時接觸到底部，但水面也不能離水桶上緣太近 (避免動物逃脫) 。若需要一次為多隻動物進行實驗，那就需要更多尺寸相同的水桶。進行此類實驗，建議可架設錄影機將過程錄製 (動物下水到時間到且實驗結束)。

 

歷史

起源

如上述所說，此實驗是1970年末由Roger Porsolt博士所提出 (Porsolt et al.,1977a, Porsolt et al.,1977b, Porsolt et al.,1978)。他與他的同事是史上第一個提倡使用動物模式來進行抗憂鬱藥物相關的研究。將同一批老鼠分成兩組，並給予其中一組抗憂鬱藥物，Porsolt與他的團隊發現了有服用藥物的那組老鼠有很明顯的絕望表現降低 (Porsolt et al.,1977a)。在他後來的發表則是針對動物本身進行研究，探討不同品系的動物在強迫游泳實驗上的表現是否會不相同 (無論是否給予抗憂鬱藥物)  (Porsolt et al.,1978)。在這些相對完善的結果公開後，大家也就逐漸接受使用強迫游泳實驗進行抗憂鬱藥物的相關研究。

 

演變

1981年，Herman博士與他的團隊們 (Herman et al.) 提出了使用大鼠與強迫游泳實驗有關新型膽鹼抗憂鬱藥物研發的相關研究，此研究同時也指出了抗膽鹼類藥物有縮短憂鬱動物放棄掙扎的時間，產生類似抗憂鬱藥物的效果。

 

此外，Shimazoe博士與他的團隊 (Shimazoe et al.) 建議在進行強迫游泳實驗時，可以記錄水桶的震動，透過震動幅度的不同來量化動物是否在掙扎與掙扎時間長短，再對照該動物在活動力實驗(Locomotor)的表現，即可分辨該動物是否有憂鬱或是類似的精神問題。不過此方式需要在水桶上加裝額外的硬體設備來記錄動物的活動，例如震動記錄/接收器。

 

除了常見的抗憂鬱藥物相關研究，強迫游泳實驗也曾被用在缺乏特定蛋白質所造成的營養不良上，Trzctnska博士與他的團隊們 (Trzctńska et al.) 就使用了強迫游泳實驗來進行特定蛋白質的缺乏是否會影響動物之壓力生成，以及性別失衡造成的壓力是否與該蛋白質有關。

 

近況

針對強迫游泳實驗的應用，在近代甚至出現了更新奇的主題：例如Thanos博士與他的研究團隊使用了強迫游泳實驗來進尼古丁是否會造成憂鬱的相關研究 (Thanos et al.) ，他們定時給予4週大的動物固定比例的尼古丁(按照體重計算)持續兩週，並使用強迫游泳實驗來觀察動物的精神狀況，最後結果指出清少年時期接觸過多的尼古丁則會提高成年後壓力不易調節的風險。

 

Bergman博士與他的團隊試著在小鼠上使用深部腦部電刺激來實現抗憂鬱的效果 (Bergman et al.) 。他們使用了缺乏血清素的動物(此類動物會有如同天生憂鬱的情形)與並給予腦部刺激，結果發現了經刺激後的動物不論是一般或是血清素缺乏的個體皆有掙扎時間變長的結果，這說明了除了給予血清素之外，直接的腦部刺激也有類似的效用。 

 

即使是在提倡3R，實驗動物大幅減量的現今，強迫游泳實驗的相關文獻仍然不減反增

所需硬體設備

強迫游泳實驗需要的硬體設備非常簡單，主要就是一個直徑10至30公分、高25至50公分的透明柱狀水桶，接著填充常溫水至動物爬不出去但也踩不到底的量。若是要一次進行多隻動物的實驗，除了一隻動物需要一個水桶外，水桶之間也會建議使用不透明隔板做間隔，避免動物之間彼此干擾。

 

在早期，強迫游泳實驗是透過人工的方式去記錄動物的掙扎與否及其時間長短，不過現今我們會推荐使用更先進的方式：錄下影片後使用動物軌跡追蹤系統 (例如 Noldus Ethovision XT) 進行客觀且可不斷再現的實驗記錄 (畢竟電腦不會眨眼，也不會在分析了數十隻動物的結果後開始恍神) 。

 

實驗進行期間，您亦可使用白噪音產生器來掩蓋實驗室中的其他噪音。

 

實驗流程

強迫游泳實驗通常會將動物分成兩組：施用抗憂鬱藥物的實驗組，以及給予安慰劑的Sham組。動物在被放入水桶後起初會拼命的掙扎，並試圖逃離這個危險的環境，不過在經過一段時間後，動物們幾乎都會放棄掙扎並使用最小的力道划水 (單純只為了不要沉下去) ，這個放棄掙扎的階段時間長短就是此實驗主要記錄的參數。給予抗憂鬱藥物的動物放棄的時間長短通常會比一般動物要短得很多。

 

與一般的行為實驗不同，強迫游泳實驗有一項非常明顯的優勢：此實驗不需要任何針對動物的事前訓練，只要實驗進行以外的時間避免對動物造成壓力就好，日常生活的壓力也會影響強迫游泳實驗的表現。

 

通常來說，針對實驗鼠的強迫游泳實驗時間長度為6分鐘 (雖然歷史上4-20分鐘的實驗時間都有人用過) ，在記錄完整的6分鐘實驗後，我們通常只會取部分的時間來作數據收集的依據，例如只取後4分鐘來記錄動物放棄掙扎的時間 (這也是目前最常用的)，因為前兩分鐘動物通常都會很積極的掙扎並想要逃離水桶，無論它是否是憂鬱鼠或已給予藥物。 

 

詳細步驟

首先，您需要先將水桶填充常溫水，水位視您的水桶大小與動物大小而定，原則上要夠深讓動物不會踏到底部 (尾巴亦不能碰到)，但也不能高到讓動物可以逃脫，若您要一次進行多隻動物則您需要多個水桶與不透明隔板將彼此間隔。進行藥物測試，您需要提前給予動物藥物 (腹腔注射需提前30分鐘，口服需提前60分鐘)。在開始實驗之前您可以先架好攝影設備並進行測試調整，動物整個身體都要入鏡以便清楚辨識。強迫游泳的時間為6分鐘，我們需要將整段時間都錄下來，不過通常只會取後4分鐘拿來分析。 

 

當動物游完6分鐘後我們需要將動物儘快移出水桶，若有需要的話，您可以將動物擦乾並給予保溫。

 

若您在進行實驗時發現動物出現異常(例如無法保持飄浮)，請立即將該動物移出水桶，並將之從您的實驗剔除。

 

改進與變體

 

雖然強迫游泳實驗很早就被發明，但此實驗因其原理直觀，其實並沒有太多能被修改或改良的地方。

較著名的改良除了稍早提到的記錄振動，另有記錄下動物爬壁或踢腳次數的作法。

 

 

長處與限制

強迫游泳實驗在抗憂鬱藥物相關研究中展現了顯而易見的效果：許多的研究結果都指出給藥/治療與否會導致動物的掙扎時間產生顯著差異，因此後進學者們在此實驗擁有非常多的相關文獻可供參考。此實驗的設備/技術門檻非常低，且動物無需任何的訓練，即使是小規模的實驗室也非常容易使用最少的經費將此實驗模式完整建立並批量產出數據。

 

雖然如此，強迫游泳的缺點也顯而易見，此類型透過製造壓力來獲取數據的實驗無庸至疑的會對動物產生極大的壓力，且影響時間非常的長久，重覆實驗數據多少都會被累積的所壓力影響 (放棄掙扎的時間越來越長)。此外，強迫游泳所造成的壓力對動物來說是悠關性命的極大壓力，是否能被用來與大部分人類病例來作比較仍然有討論的空間 (Petit-Demouliere et al., 2005) 。

 

現今我們在憂鬱症治療相關研究上大量使用了強迫游泳實驗，且其數據與結果已被學界大眾所接受，不過我們仍然要記得強迫游泳實驗的模式是無法完全套用在人類憂鬱症，比起溺水的恐懼，人類憂鬱的原因與理由通常複雜許多，強迫游泳實驗與人類憂鬱的情況有幾分像仍然還在探討 (Bourin et al., 2001)。針對藥物的開發，目前透過強迫游泳實驗也只能知道藥物有效，但藥物改善強迫游泳憂鬱的詳細機制仍然有待釐清，不過也是有突破性研究的例子，例如學者們利用大鼠發現了血清素再利用抑制劑 (SSRI, NSRI) 相關藥物的抗憂鬱機制 (Detke et al., 1995)。此外，使用強迫游泳進行的研究有時亦可使用其他實驗進行更客觀的補強，例如搭配開闊場實驗 (Open-FIeld) 來取得活動力相關數據來驗證強迫游泳的初部結果。

 

總結

• 強迫游泳實驗是由Porsolt博士在1970年末所開發的，主要用途為抗憂鬱藥的研發
• 與懸尾實驗 (Tail suspension) 有時也被稱作絕望試驗 (Learned helplessness, Behavior despair)
• 實驗主要是透過一個圓柱型水筒讓動物在裡面進行無法脫逃的游泳，並記錄下動物放棄掙扎的時間長短
• 比起一般動物，使用抗憂鬱藥物的動物通常會花更多的時間試著脫逃
• 此實驗可使用人工進行，亦可錄影並使用活動力/軌跡追蹤軟體來進行快速辨識

 

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