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一種自動閉環操作式實驗，用于定量評估社交和非社交獎勵行為。該實驗裝置由一個亞克力腔室（12×12×12英寸）構成，在相對的兩側分別設有社交獎勵和非社交（蔗糖）獎勵獲取區，在與兩個獎勵獲取區相鄰的壁上設有兩個鼻觸端口（選擇端口）。兩個選擇端口位于距離角落3英寸、距離腔室底部1英寸處。蔗糖獎勵端口位于相鄰一側壁的中心位置，連接著一個電磁閥，該電磁閥與裝有10%蔗糖水溶液的液體儲存器相連。在蔗糖獎勵端口對面的壁上，有一個2×2英寸的方形切口，可通往社交目標腔室。在腔室外側，這個切口被一塊鋁板覆蓋，鋁板固定在由步進電機驅動的傳送帶上，作為可移動的門。在這個切口后面是一個較小的亞克力腔室（3×3×3英寸），其一側開口被6根鋁棒（直徑0.2厘米，間距0.5厘米）擋住，用于放置目標動物。社交目標動物為非同籠、年齡和性別匹配的同類。鼻觸動作由紅外光束中斷傳感器檢測。一次實驗從兩個選擇端口亮起開始，隨后小鼠需在任意一個選擇端口進行鼻觸，以啟動社交或非社交獎勵的發放。對距離蔗糖獎勵端口最遠的選擇端口進行鼻觸，會使獎勵端口亮起，小鼠進入獎勵端口后，在8秒內可獲取10微升蔗糖。或者，對距離社交目標腔室最遠的選擇端口進行鼻觸，會打開門20秒，使實驗動物能夠通過鋁棒與社交目標互動，但無法進入彼此的腔室。在小鼠獲取蔗糖或完成社交獎勵互動后，本次實驗結束。經過30秒的實驗間隔（ITI），新的實驗開始，兩個選擇端口再次亮起。每個行為學實驗階段持續1小時。社交操作式實驗包括幾個階段：訓練階段（4個階段，約2周）和訓練后階段（最長3周）。

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訓練范式

在訓練開始前，小鼠共同飼養并實行限制飲水計劃。每天結束時，除了訓練期間的飲水量，小鼠還會額外獲得1.5毫升水。

訓練階段1：操作條件反射：在第一階段（操作條件反射），訓練小鼠將鼻觸獎勵端口與蔗糖獎勵建立聯系。鼻觸端口會觸發端口LED燈亮起，并提供10微升10%的蔗糖水溶液作為獎勵。每個階段持續1小時，動物每天進行一次該實驗。小鼠在單次實驗中必須達到至少50次鼻觸，才能進入下一訓練階段。如果在實驗開始后2分鐘內動物未與獎勵端口互動，那么獎勵端口將在不點亮LED的情況下提供30微升液體。每次實驗的首次嘗試開始時也會自動提供這種獎勵，以引導動物與端口互動。

訓練階段2：單端口單一選擇：在第二階段（單端口單一選擇），小鼠在獎勵端口LED亮起后的8秒內鼻觸獎勵端口，將有條件地獲得10微升蔗糖。各次實驗之間間隔30秒的ITI，并且在下一次實驗開始前，動物必須在3秒內不進入端口。如果小鼠在獎勵端口亮起8秒后未能進入蔗糖獎勵端口，則該次實驗被視為蔗糖獎勵失敗。小鼠在一次實驗中必須達到至少40次成功實驗，才能進入下一訓練階段。

訓練階段3：對側端口單一選擇：在第三階段（對側端口單一選擇），距離蔗糖獎勵端口最遠的選擇端口LED（蔗糖選擇端口）亮起，表示實驗開始。此實驗為自定進度，因此小鼠有無限的時間對亮起的蔗糖選擇端口進行鼻觸。成功鼻觸選擇端口后，LED會以0.1秒的間隔連續閃爍3次，之后獎勵端口LED亮起8秒。小鼠必須在這個時間窗口內鼻觸獎勵端口，才能獲得10微升蔗糖獎勵。否則將導致獎勵失敗并開始新的實驗。各次實驗之間間隔15秒的ITI。此外，如果動物在選擇期間與非活動端口（而非蔗糖選擇端口）互動，則當前實驗結束。在下一次實驗開始前，小鼠必須在3秒內不進入蔗糖選擇端口。小鼠必須完成40次成功的蔗糖獎勵實驗，才能進入訓練的最后階段。

訓練階段4：二選一（社交-蔗糖）操作式實驗：在最后階段（二選一操作式實驗），處于限制飲水計劃的小鼠在每次實驗開始前會獲得500微升水（部分飲水條件）。與前一訓練階段一樣，實驗開始由選擇端口LED亮起指示。然而，與前一階段不同的是，第二個選擇端口被激活，使動物能夠在社交和非社交獎勵之間進行選擇。對距離蔗糖獎勵端口最遠的亮起的選擇端口（蔗糖選擇端口）進行鼻觸，會使LED以0.1秒的間隔連續閃爍3次，之后蔗糖獎勵端口LED亮起8秒。小鼠必須在這個時間窗口內進入蔗糖獎勵端口，才能獲得10微升蔗糖獎勵。否則將導致蔗糖獎勵失敗。對距離社交目標腔室最遠的亮起的選擇端口（社交選擇端口）進行鼻觸，會使LED以0.1秒的間隔連續閃爍3次，之后自動門打開20秒，讓小鼠能夠接觸到較小腔室中的社交目標（非同籠、性別和年齡匹配的同類）。社交目標腔室一側開口，覆蓋著間距為0.5厘米的鋁棒。這使得小鼠能夠自由互動、嗅聞和探究彼此，但無法進入對方的腔室。門在20秒后關閉。如果在此時間內未能探究社交目標，則視為社交獎勵失敗。各次實驗之間間隔30秒的ITI。小鼠被隨機分配到操作腔室的兩種配置之一，其中社交和蔗糖獎勵位于不同的兩側，以考慮可能出現的基線側偏好。

訓練后階段：二選一（社交-蔗糖）操作式實驗

一旦完成全部訓練，小鼠將不再執行部分飲水計劃，在行為學實驗階段之外可自由飲水。它們維持在這種完全飲水（FW）計劃下，每天進行二選一操作式實驗，持續一周。對于限制飲水（RW）實驗，動物被限制飲水（每天1.5毫升），且在實驗前不提供500微升水，每天進行二選一操作式實驗，持續一周。對于社交隔離實驗，小鼠完成全部訓練后，在完全飲水計劃下每天進行實驗，持續一周。然后將小鼠單獨飼養一周，期間不進行實驗。一周后，小鼠再次在二選一操作式實驗中進行一次實驗。

空籠/物體對照實驗

在小鼠完成前三個訓練階段后，一部分小鼠在訓練的最后階段，其社交目標籠為空籠（空籠組）或放置一個新物體（物體組）。然后小鼠不再執行限制飲水計劃，可自由飲水，并在完全飲水計劃下每天進行實驗，持續數天，實驗中無社交目標，僅有空籠或新物體。由于一只空籠組小鼠未能參與任務，因此將其排除在完全飲水分析之外。

多選操作式實驗

在二選一操作式實驗中增加了第三個選擇端口（空端口）。鼻觸空端口既不會獲得社交獎勵也不會獲得蔗糖獎勵（空實驗）。一部分小鼠通過與二選一操作式實驗類似的訓練階段進行該實驗。然后小鼠不再執行限制飲水計劃，可自由飲水，并在完全飲水計劃下每天進行實驗，持續9天。

動情周期監測

一部分雌性小鼠在每次行為學實驗后進行陰道灌洗。每次灌洗的細胞學證據用于確定這些雌性小鼠每天的動情階段。

水獎勵對照實驗

在小鼠完成前三個訓練階段后，一部分小鼠在訓練的最后階段，將蔗糖獎勵替換為水。當小鼠鼻觸非社交獎勵端口時，會分配10微升水而非10微升蔗糖溶液。然后小鼠不再執行限制飲水計劃，可自由飲水，并在完全飲水計劃下每天進行實驗，持續數天，在進行非社交實驗時獲得水獎勵。

被動暴露實驗

將小鼠置于行為實驗場中，通過自動門的開啟，使其被動接觸非同籠、性別和年齡匹配的社交目標，或者從蔗糖端口獲得10微升蔗糖溶液。被動暴露類型隨機安排，兩次暴露之間至少間隔30秒。

社交消退實驗

一旦完成全部訓練，小鼠不再執行限制飲水計劃，在行為學實驗階段之外可自由飲水。它們維持在這種完全飲水計劃下，每天進行二選一操作式實驗，持續5天。在完全飲水5天后，移除社交目標，小鼠在無社交目標的情況下每天進行實驗，持續6天。

行為學分析

使用幾個指標來量化小鼠在給定行為學實驗階段的行為，包括每種獎勵類型的鼻觸次數、選擇潛伏期和獎勵潛伏期。鼻觸次數定義為動物鼻觸選擇端口的總次數，與獎勵獲取無關。成功實驗次數定義為動物鼻觸選擇端口并在獎勵可獲取時進入相應獎勵區的總次數。選擇潛伏期定義為選擇端口LED亮起（實驗開始）到動物鼻觸任意一個選擇端口之間的時間。每次鼻觸選擇端口后，所選端口會閃爍，獎勵將可供獲取。獎勵潛伏期定義為從獎勵呈現開始到獎勵獲取之間的時間。蔗糖獎勵獲取開始時間測量為小鼠在蔗糖選擇端口鼻觸激活獎勵端口后首次進入獎勵端口的時間。社交獎勵獲取開始時間測量為小鼠在社交選擇端口鼻觸后首次進入打開的社交門前1×3英寸區域（社交區）的時間。如果在獎勵呈現后的規定時間內未能獲取獎勵，則視為獎勵失敗。跟蹤小鼠在腔室內的身體位置（質心）以及小鼠進入社交目標和蔗糖獎勵端口周圍的任一獎勵區域（1×3英寸）的情況。獎勵潛伏期量化為選擇端口LED關閉到動物首次進入相應獎勵區之間經過的時間。以量化每只小鼠在所有行為學（訓練和訓練后）實驗階段的社交和非社交獎勵行為。

任務事件和參數定義：

實驗開始：兩個選擇端口亮起的時間點。

社交選擇：實驗小鼠在實驗開始后進入（鼻觸）社交選擇端口的時間點。

蔗糖選擇：實驗小鼠在實驗開始后進入（鼻觸）蔗糖選擇端口的時間點。

社交選擇潛伏期：實驗開始到社交選擇端口進入之間的時間。通過紅外光束中斷檢測進入端口（鼻觸）的動作。

蔗糖選擇潛伏期：實驗開始到蔗糖選擇端口進入之間的時間。通過紅外光束中斷檢測進入端口（鼻觸）的動作。

社交獎勵區：操作場內一個1×3英寸的矩形區域，與社交目標接入點相鄰并以其為中心，門在此處打開。

社交獎勵獲?。簩嶒炐∈笤谏缃贿x擇后首次進入社交獎勵區的時間點。如果小鼠在社交選擇端口進入后的20秒內進入社交獎勵區，則認為其“獲取”了社交獎勵。

蔗糖獎勵獲?。簩嶒炐∈笤谡崽沁x擇后首次進入蔗糖獎勵端口的時間點。通過紅外光束中斷檢測進入蔗糖獎勵端口的動作。如果小鼠在蔗糖選擇端口進入后的8秒內進入蔗糖獎勵端口，則認為其“獲取”了蔗糖獎勵。

社交獎勵潛伏期：社交選擇端口進入到首次進入社交獎勵區之間的時間。

蔗糖獎勵潛伏期：蔗糖選擇端口進入到首次進入蔗糖獎勵端口之間的時間。

社交獎勵失敗：實驗小鼠在社交選擇后20秒內（社交門打開的時長）未能進入社交獎勵區的一次實驗。

蔗糖獎勵失?。簩嶒炐∈笤谡崽沁x擇后8秒內（蔗糖獎勵端口激活的時長）未能進入蔗糖獎勵端口的一次實驗。

成功實驗：實驗小鼠在選擇端口進入后，在獎勵可用的時間內（社交實驗為20秒，蔗糖實驗為8秒）進入相應獎勵區的一次實驗。在多選實驗中，所有空實驗均被視為成功實驗。

Fig1 自動二選一（社交-蔗糖）操作式實驗示意圖

在該實驗中，小鼠能夠自由選擇（通過鼻觸）來獲取蔗糖獎勵（右側，頂部藍色面板）或社交獎勵（右側，底部紅色面板）。

實驗裝置通常由一個特定規格的亞克力腔室構成。在腔室相對的兩側分別設置了蔗糖獎勵獲取區和社交獎勵獲取區。在與這兩個獎勵區相鄰的壁上，有兩個鼻觸端口作為選擇端口。當實驗開始，兩個選擇端口亮起，小鼠通過鼻觸其中一個選擇端口做出選擇。若鼻觸距離蔗糖獎勵端口最遠的選擇端口，就可獲取蔗糖獎勵，具體表現為獎勵端口亮起，小鼠在規定時間內進入獎勵端口能得到一定量（如10微升）的蔗糖溶液。要是鼻觸距離社交目標腔室最遠的選擇端口，自動門會打開，小鼠能在限定時間內（如20秒）通過腔室間的鋁棒與社交目標（非同籠、年齡和性別匹配的同類小鼠）進行互動，從而獲得社交獎勵。這種實驗設計旨在定量評估小鼠的社交和非社交獎勵行為。

Fig2 自動二選一（社交-蔗糖）操作式實驗的行為學數據分析

測試對比了雄性和雌性小鼠在該實驗中的表現，以及不同對照組（社交目標組、物體組、空籠組）小鼠的實驗數據。

雌雄小鼠對比：

實驗完成情況：完全訓練的雄性小鼠成功完成蔗糖和社交實驗的數量相當；雌性小鼠成功完成的社交實驗多于蔗糖實驗。

選擇潛伏期：雄性和雌性小鼠對蔗糖和社交選擇的潛伏期相似。

獎勵獲取潛伏期：雄性小鼠獲取蔗糖獎勵比社交獎勵稍快；雌性小鼠獲取兩種獎勵的潛伏期相當。

獎勵失敗次數：雄性和雌性小鼠社交獎勵失敗次數均少于蔗糖獎勵失敗次數。

不同對照組對比：

蔗糖實驗：在完全飲水條件下，社交目標組小鼠成功完成的蔗糖實驗少于物體組，與空籠組數量相似；三組在蔗糖選擇潛伏期、蔗糖獎勵潛伏期和蔗糖獎勵失敗次數上無差異。

社交實驗：社交目標組小鼠完成的社交實驗多于空籠組和物體組；三組在社交選擇潛伏期和社交獎勵失敗次數上相似；社交目標組小鼠社交獎勵潛伏期與空籠組相當，低于物體組。

二選一（社交-蔗糖）操作式實驗的優勢：

在嚙齒動物模型中，操作式實驗的運用促進對非社交獎勵相關行為（如食物獎勵）背后神經回路的理解。這種低成本、全自動的二選一操作式實驗，小鼠能夠在社交獎勵和蔗糖獎勵之間自由選擇。該實驗的操作性能夠限制社交行為，并以較高的時間精度監測社交獎勵尋求行為。通過此實驗，發現在對照條件下（無社交隔離或水剝奪），雄性小鼠對社交和非社交獎勵表現出同等偏好，而雌性小鼠則略偏向于社交獎勵而非蔗糖獎勵。即成年小鼠認為社交刺激具有正向強化作用，并會在操作式實驗中努力獲取社交刺激。

文獻引用

Isaac, J., Karkare, S.C., Balasubramanian, H. et al. Sex differences in neural representations of social and nonsocial reward in the medial prefrontal cortex. Nat Commun 15, 8018 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52294-6.