使用Home cage飼育籠系統來進行癲癇小鼠的行為研究

癲癇的症狀不僅僅是短時間的抽搐， 許多兒童期發病的遺傳性癲癇也會導致運動障礙和神經行為障礙，這些症狀有時也不易觀察。 要研究如此複雜的神經學特徵，短期且刻版的測試可能還不夠，我們可能需要長時間的觀察單一個體才能發現這些問題。 這就是使用飼育籠與實驗鼠進行長時間分析的價值所在，這種方法在癲癇研究中相對較新且不常見。

來自貝勒醫學院（德州休士頓）的科學家們就使用了飼育籠來研究觀星者病理模式小鼠 (Stargazer mouse model)，並得到了一些研究成果。

詩情畫意的觀星者突變小鼠

觀星者小鼠的 Cacng2 基因發生了突變，這種突變會導致行走與平衡問題，失神及突發癲癇，發病的小鼠會四肢僵硬並抬頭望向天空，猶如觀星，這些症狀使它們適合用於癲癇與精確基因治療相關研究。 

傳統行為/迷宮測試與飼育籠行為觀察的差異

為了監測老鼠的行為以及對特定物體和環境隨時間變化的反應，研究人員決定進行儀器化的飼育籠監測和長時間的影片分析。

使用飼育籠觀察行為與傳統的方式有很大的不同，傳統方式如Open Field開闊場測試、高架十字迷宮等。相比之下，這些經典的簡短測試更像是有目的的快照。 越來越多的科學家認為，在沒有任何特殊環境與實驗者的飼育籠內所產生的任何行為是自發的且自然的，持續分析這段時間內的行為將可以提供更可靠的結果。

指標性行為與症狀的研究

Schirmer 和她的同事想要研究觀星者突變小鼠其行為影響的嚴重性和程度，他們的目標是找出典型且具指標性的症狀。 研究人員在這項研究中進行了飼育籠測試。 此外，其中六隻突變小鼠接受了腦電圖植入，以測量測試期間的腦波。

適應新的飼育籠

在第一階段的實驗中，老鼠有兩個小時的時間來適應它們的新環境：一個叫做 PhenoTyper 的大型飼育籠。 這種籠子整合了燈光控制與日夜兩用攝影機，所錄下的畫面將即使傳輸到電腦並使用 EthoVision XT 動物軌跡追蹤軟體進行分析。 透過軟體分析，老鼠在籠子裡的位置、在每個位置所停留的時間、移動軌跡和速度都會被記錄下來。 若老鼠不動長達 40 秒則算作“睡眠”。實驗期間的飲食與飲水也將被監測並記錄，在實驗過程中，EthoVision XT 將會自動記錄動物使用兩個水瓶（一瓶為糖水，另一瓶為純水）的次數和進入進食區的次數。

過於興奮的表現

一般來說，觀星者小鼠在它們豐富的新籠子裡表現得十分活躍，甚至比一般老鼠還活躍，他們會反覆繞圈並避開新物體。 如此頻繁的活動有點讓研究人員出乎意料，因為步態失調和間歇性抽搐理應限制了老鼠的活動。

記錄下籠內的行為

在適應完畢後，將進行兩次的基準(baseline)數據記錄，每次從下午2點開始連續記錄23小時，一連記錄2天。

在夜間，突變小鼠再次比正常小鼠活躍。 此外，他們睡得更頻繁但時間更短，在躲藏盒裡的時間也更少。 其原因尚待釐清。

舔食失調且缺乏快感？

觀察結果發現，突變小鼠舔水瓶的次數較少，但舔水時間更長。 這可能表明舔食失調或口渴感覺程度增加。 此外，他們還表現出對蔗糖水的偏好降低，這在一般小鼠身上幾乎不可能發生(一般小鼠不太能抗拒糖水，都嘛喝好喝滿)，這現象可能表明了突變小鼠缺乏快感 (anhedonia)，即使味道不一樣，它們也不覺得糖水喝起來與一般的水有什麼不同。

光與聲音刺激的驚嚇測試

接下來，研究人員開始進行光刺激測試，籠子裡的燈在夜間打開一小時。 正常小鼠會有受到驚嚇的反應，且在刺激後表現出明顯的活動量增加，而突變小鼠在受到刺激後並不會有如此強烈的反應。

接下來研究人員進行了相似的實驗，但刺激改為使用 60 秒的純音。 與之前結果相同，與正常小鼠相比，突變小鼠的驚嚇和躲避反應降低，這可能表示突變小鼠的警惕性降低，或是已經喪失了情緒變化表現出漠不關心，這些現象可能是由持續或累積的癲癇發作引起的。

額外的測驗

在燈光和聲音測試之後，這些小鼠在 PhenoTyper 籠中進行了更多種類實驗，這些實驗依然使用 EthoVision XT 進行錄影和分析。

加入滾輪

老鼠在實驗23小時的期間得以使用滾輪。 但幾乎沒有任何突變小鼠嘗試使用它，而正常小鼠則對這些新玩具非常興奮，還因此廢寢忘食 (花在進食和進躲藏盒的時間更少)。 突變小鼠幾乎只將時間花在吃跟睡，而不是跑步，這可能是由於缺乏快感和平衡問題。

移除躲藏盒

躲藏盒被移除了 2 小時。 突變小鼠試圖躲在躲藏盒原來的位置，而正常小鼠則蜷縮在角落。

更換整組籠具

進行 2 小時的籠具交換以測試對新的籠子壓力的反應。 突變小鼠和一般小鼠之間倒是沒有明顯區別。

結論

使用相對較新的飼育籠研究方法，研究人員找出了觀星者突變小鼠的行為特徵。 他們發現了突變小鼠和一般小鼠之間的顯著差異，例如睡眠行為以及對光和聲音的反應的差異，而經典行為或迷宮測試並不能輕易發現這些差異。

這種實驗方法應該可以很好地被應用於癲癇發作、運動異常和神經行為障礙等更廣泛的研究，並收集到更多的關鍵數據，提供給研究人員們更可靠的結果。

參考文獻

Schirmer, C., Abboud, M. A., Lee, S. C., Bass, J. S., Mazumder, A. G., Kamen, J. L., & Krishnan, V. (2022). Home-cage behavior in the Stargazer mutant mouse. Scientific reports, 12(1), 1-8.