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高階條件反射任務測試是一種心理學和神經科學中常用的行為實驗范式，用于研究學習和記憶的高級形式。這種任務通常涉及多個階段的條件反射訓練，以評估動物或人類對復雜條件關聯的學習能力。

高階條件反射（SOC）指的是用條件刺激物（CS）代替非條件刺激物（US）產生條件反射的過程。在巴甫洛夫對狗的實驗中，條件刺激物（CS1）是聲音，先天的非條件刺激物（US）是食物，經過多次強化，即條件刺激物（CS1）與非條件刺激物（US）多次結合使用，單獨使用條件刺激物（CS1）也能產生與非條件反應（UR）同樣的條件反應（CR），即唾液分泌，此為一級條件反射。當條件刺激物（CS1）和條件反應（CR）建立了穩固的聯系，且在使用條件刺激物（CS1）之前再使用一個黑色方塊作為另一個條件刺激物（CS2），經過10余次的強化，狗對聲音的反應也會發生在對黑色方塊的反應中，此為二級條件反射。巴甫洛夫發現，狗最多只能形成三級條件反射。一般動物的進化水平越高，形成條件反射的級數就越大，但不能過于遠離非條件反射的基礎。

高階條件反射任務

該任務在28×28×25厘米的金屬箱中進行，金屬箱連接到電擊網格、控制器、燈光和揚聲器。小鼠首先在金屬箱（環境A）中適應10分鐘，然后在接下來的兩天里接受10次10秒的CS1（60勒克斯燈光）和10次CS2（5千赫茲，70分貝音調）的試驗。試驗間隔（1-2分鐘）和CS1與CS2的順序是隨機分配的。在第二天，小鼠在環境A中放置10分鐘作為基線期，然后接受10次CS1呈現（10秒），每次與足部電擊（0.5毫安，0.5秒）同時結束，試驗間隔為2分鐘。在第三天，小鼠暴露在環境A中并接受CS2，隨后是間隔0.5秒的CS1。這種CS2和CS1配對重復4次，間隔2分鐘。在第四天，小鼠被放置在一個有丙烯酸板墻的箱子（環境B）中，并接受3次CS2音調，間隔2分鐘。僵直行為在10秒的CS期間逐幀確定，定義為動物無運動，僵直百分比計算為小鼠在10秒的CS1或CS2期間僵直所花費時間的百分比。一個對照組在第三天沒有接受CS2，導致CS2和CS1之間沒有關聯，并作為背景僵直水平。為了最小化環境效應的實驗，小鼠在環境B中接受了上述相同的程序，除了第二天在環境A中進行的程序。

Fig1 標準SOC范式示意圖

在SOC實驗的泛化中，小鼠在3天的習慣化期間接受10次5千赫茲和10千赫茲的音調和燈光。第三天小鼠接受了4次5千赫茲音調后0.5秒的燈光配對。在測試日第四天，小鼠接受了三次10千赫茲音調，然后接受了三次5千赫茲音調，以在每個動物內部比較它們的反應。

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在操縱CS2和CS1時間的實驗中，CS1-US關聯在環境A中進行，而其他階段在環境B中進行。一組接受了CS2和CS1同時呈現（同時），第二組在CS2后30秒接受CS1（30秒間隔），而第三組首先接受CS1然后是CS2，間隔0.5秒（反向）。對照組沒有接受CS2，實驗組接受了CS2然后是CS1，間隔0.5秒。這些組合按照上述標準程序進行4次。

在第二級記憶消退的實驗中，SOC對照組和SOC消退組的小鼠經歷了上述標準SOC程序，除了在第四天（測試日）小鼠接受了10次CS2試驗，而不是通常的3次。CS1反應的消退也在不同的組中測量了10次（FOC消退）。

感覺預處理程序是通過交換SOC程序的第二天和第三天進行的。對感覺預處理使用了相同的參數，包括電擊、CS2和CS1。在第二天，對照組和實驗組的小鼠都接受了CS2-CS1關聯（對照組沒有接受CS2），然后在第三天進行了CS1-US關聯。在測試日讓小鼠3次暴露于CS2和CS1，以比較組別之間的僵直反應和條件刺激。

數據評估：

Fig2 通過僵直行為評估第一級恐懼條件反射的獲取，對光CS1在試驗過程中對對照組和實驗組的反應

文獻引用：

1. Park, S., Zhu, A., Cao, F. et al. Parabrachial Calca neurons mediate second-order conditioning. Nat Commun 15, 9721 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53977-w