Апробация метода оценки горизонтальной двигательной активности белых лабораторных крыс с помощью автоматизированной установки «Открытое поле»

Впервые метод измерения горизонтальной двигательной активности была предложена Холлом в 1936 г. [7]. Данный подход основывался на наблюдении в течение определенного времени за перемещениями крысы, помещенной в круглый манеж. Животные в разном психоэмоциональном состоянии демонстрировали различный характер передвижений, на основании которого делали вывод о степени и направленности того или иного воздействия.

Метод исследования горизонтальной двигательной активности на установке «Открытое поле» является одним из самых популярных тестов в биологии поведения [3–5]. Он позволяет количественно выразить важнейший показатель степени нервно-психического возбуждения – горизонтальную двигательную активность [6; 10].

Под горизонтальной двигательной активностью подразумевается характер и интенсивность передвижения животного в манеже. Она зависит от действия различных факторов стресса (например, непривычная для животного обстановка) в сочетании с естественной исследовательской активностью и используется для диагностики функционального состояния нервной системы при воздействии естественных и экспериментальных факторов внешней среды. Показано, что исследуемые показатели коррелируют с результатами других поведенческих тестов [2].

Нами предпринята попытка исследовать влияние электромагнитного излучения ПЭВМ на психику. Проблема является актуальной в связи с увеличением количества в окружающей среде электромагнитных полей, уровни напряженности которых постоянно возрастают и значительно превышают естественный уровень; это может приводить к различным системным нарушениям в живых организмах. Удобной моделью для подобного исследования является тест горизонтальной двигательной активности белых лабораторных крыс.

Традиционный подход к проведению теста в «открытом поле», на наш взгляд, обладает рядом недостатков. Визуальное наблюдение за поведением животного дает возможность оценить только некоторые из возможных параметров движения, таких как: пройденное расстояние, средняя скорость передвижения, количество выходов в центр. Причем для большинства из них могут быть получены лишь приблизительные значения. Оценка более сложных показателей – относительного времени подвижности, характера прерывистости движений, точной траектории перемещений животного и т.д. [8; 9], как правило, вызывает затруднения. Другим существенным недостатком является необходимость постоянного присутствия человека для осуществления визуального контроля, что само по себе является дополнительным раздражителем для животного.

В связи с этим нами был разработан оригинальный метод оценки двигательной активности при помощи полностью автоматизированной установки «Открытое поле». Данный подход, сохраняя все достоинства классического метода, обладает рядом преимуществ:

• 1.    Гибкость настройки – возможность подбирать и изменять большое число параметров эксперимента в зависимости от конкретной задачи.

• 2.    Информативность. Методика «Открытое поле» позволяет оценивать множество параметров двигательной актив-

  Cреда обитания

  
  

  Terra Humana

  
  

• 3.    Автономность: в ходе опыта не требуется присутствие человека в экспериментальном зале. Это также снижает вероятность влияния сторонних факторов на поведение животного;

• 4.    Точность. Фиксируется не только перемещения животного по условным зонам манежа (как в классическом варианте эксперимента), но и полная траектория движения в течение любого интервала времени;

ности в зависимости от целей и задач эксперимента;

Целью исследования является апробация предлагаемой методики на реальном биологическом объекте – лабораторных крысах.

Задачей исследования являются выявление эффекта воздействия электромагнитного поля ПЭВМ на горизонтальную двигательную активность экспериментальной группы животных.

Порядок и условия эксперимента . Экспериментальная установка состоит из круглого манежа диаметром 90 см и высотой боковых стенок 30 см. Внутренняя часть манежа выкрашена в черный цвет. К манежу прикреплен кронштейн с установленной на нем видеокамерой. Камера должна находиться над центром манежа. Высота и угол наклона подбираются таким образом, чтобы весь манеж попадал в зону видимости объектива.

Видеокамеру подключают через USB порт к ПЭВМ с установленным оригинальным программным обеспечением обработки сигнала «OpenField».

В качестве модельного объекта были использованы самцы белых беспородных крыс массой 150–200 г. Крысы были получены в питомнике «Рапполово» РАМН. Животные содержались в одинаковых комнатах в клетках по 10 крыс в каждой, при температуре 19–21°С [1]. Животных ежедневно кормили комбикормом из расчета 30–40 г на особь. Вода была доступна без ограничения [11; 12].

В опыте участвовало 40 животных, разделенных на опытную и контрольную группы по 20 животных. Для облучения применяли ноутбук **** с монитором 17” (1,5 ГГц, RAM 2048 Мб, HDD 100 Гб, video 128 Mb). Облучение экспериментальных животных происходило непрерывно в течение 16 суток. Две клетки с животными находились в 15 см от постоянно работающей ЭВМ. Животные контрольной группы находились в соседней комнате. За исключением ЭВМ обе комнаты были полностью идентичны по размеру, тем- пературе, световому режиму и прочим параметрам.

Было проведено два эксперимента в «открытом поле» – до начала облучения экспериментальной группы и после его окончания.

Исследование проводилось в специально оборудованном помещении при температуре от +19 до +22°С. Перед началом работы проверяли соответствие температуры воздуха. Клетки с животными переносили в экспериментальный зал, где подготавливали открытое поле – протирали спиртом манеж, устанавливали равномерное освещение и проверяли зоны видимости видеокамер, для чего последовательно помещали яркий предмет в разные точки манежа, контролируя его видимость на экране монитора. При необходимости корректировали параметры работы программы видеорегистрации – порог яркости, процент регистрируемой площади объекта, длительность одного опыта.

Для правильного определения положения животного программой анализа изображения должен достигаться максимальный контраст объекта и черного фона, поэтому для эксперимента подходят белые крысы. Освещение поверхности манежа должно быть слабым и максимально равномерным.

Крысу переносят из клетки в центр манежа и накрывают колпаком из непрозрачного материала на две минуты, для того чтобы животное успело успокоиться. После этого колпак снимают, запускают программу видеорегистрации, человек покидает экспериментальный зал.

Исследование каждого животного вели в течение 20 минут. После каждой пробы манеж очищали от продуктов дефекации и тщательно протирали этиловым спиртом.

Психоэмоциональное состояние животных в клетках может меняться в ходе эксперимента, вследствие чего могут возникнуть различия между группами, способные привести к неправильным выводам. Для исключения возможного влияния данного фактора в ходе исследования крыс из опытной и контрольных групп чередовали.

Поскольку экспериментальный зал не обладал достаточной степенью звукоизоляции, для снижения влияния на состояние животных звуков улицы было решено установить нейтральный звуковой фон, в качестве которого использовали белый шум.

Программа видеорегистрации получает сигнал с видеокамеры с частотой 5 кадров в секунду, выделяет наиболее яркую область кадра, соответствующую крысе, рассчитывает координаты данной области и записывается их в log-файл. В результате формируется файл с массивом координат животного в манеже. В дальнейшем для расчета конкретных параметров горизонтальной двигательной активности животного эти файлы математически обрабатываются. Обработку можно производить как в самой программе OpenField, так и любыми другими доступными средствами, такими как пакеты программ MatLab, Statistica или SPSS.

Нами применялся встроенный обработчик программы OpenField. В результате формировался файл MS Excel, в котором, для каждого животного были рассчитаны следующие показатели:

• 1.    Суммарный пройденный путь.

• 2.    Время движения – суммарное время, в течение которого крыса находилась в движении.

• 3.    Количество пробежек – количество двигательных актов, разделенных остановками.

• 4.    Количество выходов в центр манежа. Под выходом в центр подразумевается подход животного к центру манежа, на расстояние не более 1/2 радиуса манежа.

• 5.    Время, проведенное в центральной зоне манежа. Центральной зоной считается круг с радиусом 1/2 радиуса манежа в центре манежа.

Для каждого показателя в группе рассчитывали среднее значение. Достоверность различий между группами вычисляли с помощью непараметрического критерия Манна–Уитни, а также методом рандомизации. Различия считали достоверными при p < 0,05.

Результаты и обсуждение . Контрольный эксперимент, проведенный в первый день исследования перед началом облучения показал, что достоверные отличия между группами «контроль» и «опыт» отсутствуют. Были получены фоновые значения параметров двигательной активности исследуемых крыс (табл. 1)

Сразу после проведения эксперимента животных опытной группы начали облучать, установив рядом с клетками ЭВМ. После 16 суток облучения эксперимент повторили. Горизонтальная двигательная активность групп различалась (табл. 2)

Увеличение значений параметров у контрольной группы в конце исследования по сравнению с показателями этих же животных в первом эксперименте свидетельствует о возрастании двигательной активности животных и вполне закономерно. При повторном прохождении животным открытого поля память о предыдущем опыте сохраняется и обстановка является знакомой. Это приводит к преобладанию исследовательского поведения, чем объясняется повышенная двигательная активность, большее время движения и количество выходов в центр.

Обратная ситуация наблюдается в случае крыс опытной группы. Выявлены достоверные различия по всем параметрам между опытными и контрольными животными. Более того, значения показателей опытной группы оказались ниже соответствующих значений этих же животных в первом эксперименте.

Меньший пройденный путь, время движения и количество пробежек свидетельствуют об угнетении психоэмоционального статуса, выражающемся в сни-

Таблица 1

Средние значения параметров горизонтальной двигательной активности опытной и контрольных групп до начала облучения

	Пройденный путь, см	Время движения, сек	Количество пробежек	Выходы в центр	Время в центре, сек
Контроль	1552	191	57	4	25,1
Опыт	1496	175	55	4	23,0

Таблица 2

Средние значения параметров горизонтальной двигательной активности опытной и контрольных групп после окончания облучения

	Пройденный путь, см	Время движения, сек	Количество пробежек	Выходы в центр	Время в центре, сек
Контроль	2105	249	64,3	5	30,4
Опыт	1334	150	45,3	2	14,9

Cреда обитания

жении двигательной активности. При отсутствии каких либо укрытий животное в большей степени чувствует себя в безопасности, находясь у стенки манежа. Поэтому более редкие выходы в центр и меньшее время, проводимое в центральной зоне манежа, говорят о преобладании защитного типа поведения над исследовательским.

На основании полученных данных можно сделать следующий вывод: выявлен угнетающий эффект воздействия электромагнитного излучения ПЭВМ на психэмоциональный статус белых лабораторных крыс, выражающийся в снижении двигательной активности и преобладании защитного поведения над исследовательским.