一、引言

動物模型在精神神經疾病研究中具有重要價值，明暗箱實驗因其操作簡便、無需外部刺激等特點，已成為評估焦慮行為的金標準。該實驗基于嚙齒類動物趨暗避光的本能行為，通過測量明暗箱穿梭次數、停留時間等參數反映焦慮水平。研究表明，抗焦慮藥物能顯著增加小鼠在明亮區域的探索行為，而抑郁模型動物則表現出活動量減少等特征。然而，實驗條件的微小差異可能導致結果偏差，因此有必要對影響實驗結果的系統性因素進行深入探討。

現有研究多聚焦單一變量影響，缺乏多因素交互作用的系統分析。光照作為核心環境因子，其波長、強度及空間分布均可能影響動物行為表現。此外，晝夜節律作為內源性生物鐘，與光照條件共同調控生理節律，二者協同作用對情緒行為的影響尚未明確。本研究通過構建多維度實驗體系，系統解析各因素對焦慮行為的影響權重，為實驗標準化提供理論依據。

 

二、材料與方法

（一）實驗裝置

實驗采用定制化明暗箱系統，箱體主體采用醫用級ABS材料，分為明室（30×27×27 cm³）與暗室（18×27×27 cm³），中間設置可拆卸隔板。明室頂部配置30W可調白光LED光源，照度范圍0-1200lux；暗室配備30W紅色LED燈（波長620-750nm），底部照度恒定2lux。箱體內部安裝紅外攝像系統，配備850nm紅外濾鏡及平行光源，采樣頻率30fps。行為分析軟件采用EthoVision XT 16，通過閾值分割與質心追蹤技術提取行為參數。

 

二）實驗動物

SPF級昆明小鼠84只，雄性，6-8周齡，體重22±2g。動物適應性飼養1周后隨機分組，每組6只。實驗遵循NIH動物福利指南，所有操作經倫理委員會批準（編號：SYXK-2022-001）。

（三）實驗設計

采用4×2析因設計，考察晝夜節律（白天18:00-6:00；黑夜6:00-18:00）、光照面積（大面積箱體3/5；小面積箱體2/5）兩因素對焦慮行為的主效應及交互作用。光照顏色實驗設置黃、綠、藍、紅四種波長（λ=580nm、530nm、470nm、620nm），光照強度實驗采用15W、25W、40W、60W、100W梯度功率。每組實驗重復6次，每次測試時長5分鐘。

（四）行為參數采集

記錄以下核心指標：①基礎行為：明暗箱停留時間百分比（Ltime%、Dtime%）、穿梭次數（Transition）、水平運動得分（Cross）、垂直運動得分（Rear）；②運動特征：總路程（Total Distance）、平均速度（Average Speed）、加速度（Acceleration）；③焦慮相關指標：排便粒數（Fecal Pellets）、修飾次數（Grooming）。采用雙盲法進行數據采集與分析，實驗間隔期間使用75%乙醇徹底清潔箱體。

三、結果

（一）晝夜節律與光照面積交互作用

白天周期中，大箱組Ltime%（38.7±4.2% vs 32.1±3.8%）、Cross（12.4±1.8 vs 9.8±1.5）顯著高于小箱組（p<0.05），提示空間大小對日間探索行為具有放大效應；夜間則呈現相反趨勢，小箱組Total Distance（823.6±98.7 cm vs 745.3±89.4 cm）和Rear（4.2±0.6 vs 3.5±0.5）顯著增加（p<0.05）。析因分析顯示晝夜節律與光照面積存在顯著交互作用（F=4.32, p=0.016）。

（二）光照顏色效應

黃光組表現出獨特的焦慮樣表型：Ltime%（28.4±3.1%）顯著低于藍光組（35.6±4.2%），而Defecation（5.2±0.8 pellets）卻高于綠光組（3.8±0.6 pellets）。光譜分析表明，黃光波長（580-600nm）可能通過視網膜ipRGCs通路影響SCN核團活動，進而調節情緒相關神經遞質釋放。

（三）光照強度劑量效應

在15-100W范圍內，Cross次數呈現倒U型曲線，峰值出現在40W組（14.2±1.9次），低強度組（15W）和高強度組（100W）分別下降至9.6±1.3次和10.8±1.6次。這種非線性關系提示存在最佳刺激強度窗口，可能與視網膜感光細胞的適應性調節機制有關。

四、討論

本研究首次系統揭示了晝夜節律與光照面積的交互作用機制，發現大空間在白天更能誘發焦慮樣行為，這與人類"幽閉恐懼癥"的空間認知特性形成有趣對照。光照顏色的研究發現黃光具有獨特的焦慮誘導效應，這為理解季節性情感障礙的光周期治療提供了新視角。光照強度的倒U型曲線證實了環境刺激的"金發姑娘原則"，過度刺激反而抑制行為表現。

實驗設計的創新點體現在三個方面：①采用析因設計全面解析多因素交互作用；②引入高精度紅外追蹤系統實現行為自動化分析；③構建標準化實驗流程提升結果可比性。這些改進有效降低了操作誤差，提高了數據可靠性。未來可結合光遺傳學技術進一步解析特定腦區在光照調控中的作用機制。

五、結論

明暗箱實驗的優化需綜合考慮晝夜節律、光照參數等多維度因素。本研究表明：①白天使用大面積箱體更利于檢測焦慮樣行為；②黃光波長具有特異性焦慮誘導效應；④40W光照強度為行為激發的最佳閾值。這些發現為建立標準化的焦慮模型提供了重要參考，同時也為臨床光療方案的制定提供了實驗依據。