腦聲常談：介紹幾種斑馬魚視覺行為學實驗的測試方法（1）

斑馬魚是一種典型的白晝活動和具有較好視覺功能的魚類，視網膜面積為（3。04 ± 0。29）mm2，厚度 為（167。5 ± 12。5）μm，視網膜細胞層可分為10層，神經節細胞總數量約為 40000～56000 個，感光細胞層（包括色素上皮層）與神經網膜厚度比值約為 1∶1。3．頂蓋是魚腦中高度發達的部分，視覺信 息透過視交叉投射至對側頂蓋，而很少投射至同側頂蓋．視覺資訊輸入在斑馬魚群聚、捕食、逃避等高階神經活動中都占主導地位．已經報道過的視覺行為學實驗有：驚恐反應（startle response）、 趨光反應 （phototaxis）、 眼動反應 （optokineticresponse）、視動反應（optomotor response）、逃避反應（escape response）和背光反應（dorsal light reflex）等。

驚恐反應(startle response)

斑馬魚的驚恐反射是一種可以由視覺、聽覺與嗅覺誘導的明顯的生理反應．驚恐反應可以用來簡 單地檢測斑馬魚的視覺功能是否正常．視覺正常的斑馬魚在經過一段時間的適應後，如其所在區域的 光線突然變暗或者變亮，它會有一個迅速地逃脫該區域的動作．Easter 等進一步研究表明，斑馬魚 的驚恐反應是在受精後 68 h（hour post-fertilization，hpf）產生的，雖然這時斑馬魚的眼睛還在形成當中，而且視網膜神經元的突觸也正在建立．斑馬魚發育到 96 hpf 後，由於幼年斑馬魚具有自由運動的能力，對驚恐反應的檢測將變得比較困難，因此對斑 馬魚突變體的檢測一般不使用該行為學方法．

趨光反應（phototaxis）

斑馬魚的趨光反應是指斑馬魚在黑暗環境下會趨向於有光的環境，但這種行為學實驗一般也不用 於突變體的檢測．在一個一分為二的水缸中，無論 是剛開始時兩邊都處於光照環境然後將一邊遮光， 還是剛開始兩邊都為黑暗環境然後將一邊光照，斑馬魚都將趨向於有光照的一邊．這種行為在幼年斑馬魚和成年斑馬魚中都可以表現出來．該行為學有時可以用來簡單地檢測斑馬魚的視覺功能，但是 這種反應不是十分地強烈，因為有實驗顯示在經過5min 的暴露之後，也只有 85%左右的斑馬魚遷移 到光照的一邊．

眼動反應（optokinetic response， OKR）

眼動反應是檢測斑馬魚視覺相關基因突變的經典行為學實驗．受精後第3天（day post-fertilization，dpf）開始，幼魚在光適應一段時間後就會對移動的 光柵進行注視，如果光柵是在一個圍繞幼魚的圓筒上移動時（圖 1），幼魚的眼睛就會一直追隨光柵直 到其眼睛不能再轉動，然後就會有一個急速的眼顫 動以回覆到最初水平．之後又進行下一個追隨反 應，如此迴圈．斑馬魚所在培養皿的正上方放 置一個數碼攝像機對其眼動進行實時記錄，然後用 專門的軟體分析眼睛與體軸的夾角，從而可以篩選出視覺功能存在缺陷的個體．Streisinger 在第一次 將斑馬魚作為模式動物的時候就已經注意到這種現 象，他們最早應用了斑馬魚的眼動反應和視動反應 來篩選視覺缺陷的個體．

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當光柵是由圓筒上的黑白條紋產生時，調整條 紋的寬度可以調節刺激的空間頻率，而調整圓筒的 轉速可以調節刺激的時間頻率．當使用數碼投影時，可以對黑白條紋的光柵進行相應的傅立葉變 換，產生一組帶有第二資訊（second-order）的光柵刺 激．Orger 等的實驗證實，幼年斑馬魚不僅可以 對第一刺激指令起反應，也可以對第二刺激指令起正確的反應．然而有意思的是，人類對這種次級指 令的視覺認知是在視皮層中進行的，可是斑馬魚卻沒有視皮層．因此，作者提出對刺激指令訊號的提 取可能在低等脊椎動物的神經迴路中就已經形成的觀點．

報道中斑馬魚適合做 OKR 的年齡是在 73～80 hpf 時期，成魚暫時還沒有相關的 OKR 報道． 這是因為幼魚可以透過體表呼吸，當幼魚固定在甲 基纖維素中進行視動反應時並不會因為窒息而死， 但是成年斑馬魚在甲基纖維素固定的情況下鰓部不 能張合以致死亡．不過我們進行的實驗表明，用特定的方法固定成魚頭部與身體，同樣實驗條件下也可以看到明顯的OKR（實驗資料未發表）．

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