ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 5
1.1. Исторический обзор исследований поведения животных 5
1.2. Современная нейрофизиологическая модель исследовательского поведения 13
1.3. Исследовательское поведение и тревожность в когнитивном комплексе высших
животных и человека. Нарушения при метаболическом синдроме и старении 13
1.4. Методы оценки ориентировочно-исследовательского и тревожного поведения в
эксперименте 17
1.4.1. Метод «Крестообразного лабиринта» 20
1.4.2. Метод «Открытого поля» 22
ГЛАВА 2. Предварительные результаты исследования ориентировочно исследовательского и тревожного поведения лабораторных мышей ICR в лаборатории биохимии и физиологии 26
2.1. Объект и методы исследования 26
2.1.1. Характеристика обследованных животных 26
2.1.2. Соматометрические исследования 26
2.1.3. Методы оценки поведения животных 27
2.1.4. Статистический анализ 28
2.2. Соматометрические и поведенческие показатели молодых и старых мышей 28
ГЛАВА 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ПРОЕКТОВ ШКОЛЬНИКОВ 32
3.1. Основные принципы исследовательского проекта и его структура 32
3.2. Разработка мастер-классов для учащихся 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 47
Приложение А 53
Приложение Б 54
В стандартах общего образования нового поколения в качестве одного из основополагающих подходов к обучению декларируется системно¬деятельностный подход, нацеленный на развитие личности. Обучение должно быть организовано так, чтобы целенаправленно вести за собой развитие, а проектная научно-исследовательская деятельность является средством реализации системно-деятельностного подхода.
Выбор исследовательских проектов всегда должен быть у школьников, так как он дает дополнительную теоретическую и практическую основу для будущих начинаний. Особый интерес у школьников вызывают вопросы, связанные с изучением функционирования организма человека, в том числе с использованием модельных лабораторных животных [23]. У обучающихся старших классов возрастает интерес к нейрофизиологии поведения и когнитивных функций.
Хотя вопрос об оснащении российских школ современным учебным оборудованием в последние годы неоднократно рассматривался министерством просвещения, возможности многих школ остаются крайне ограниченными для реализации экспериментальных исследовательских работ обучающихся. Методы экспериментального тестирования разных форм поведения модельных лабораторных животных основаны на использовании простых установок, которые могут быть изготовлены самими учениками, учителем или родителями. Установки «Открытого поля» и «Крестообразного лабиринта» по разнообразным параметрам двигательной активности и вегетативных функций в течение краткосрочного тестирования животных позволяют составить представление и количественно оценить разные стороны ориентировочно-исследовательского поведения и тревожности.
Тематику исследований, в которых оценивают тревожность и элементы исследовательского поведения можно разделить на несколько направлений: 1) выяснение индивидуальной изменчивости, межлинейных, популяционных, видовых особенностей этих реакций; 2) возрастные особенности, становление в онтогенезе поведенческих реакций; 3) негативное влияние на процессы высшей нервной деятельности табачного дыма, алкоголя, токсических агентов или, наоборот, позитивное влияние витаминных препаратов, препаратов на основе лекарственных растений, различных нутрицевтиков, БАДов. Таким образом, несложные тесты и экспериментальные установки позволяют наряду с общей физиологии высшей нервной деятельности ставить ученикам и решать задачи по изучению экологической и возрастной физиологии животных.
Цель работы разработка исследовательских проектов для школьников по теме «Физиология поведения животных».
Задачи работы:
1. Подготовить аналитический обзор по современным проблемам и методам физиологии поведения.
2. Освоить методы тестирования двигательного, ориентировочно-исследовательского поведения и тревожность лабораторных мышей.
3. Разработать научно-исследовательские работы по физиологии поведения с использованием освоенных методов.
4. Апробировать разработанные проекты с участием учащийся 8 класса и студентов младших курсов.
1. Исследовательское поведение рассматривают как основную форму адаптивного поведения, которая возникает в ответ на любое изменение в окружающей среде, поэтому тестирование ориентировочно-исследовательских реакций является одним из наиболее информативных и интегративных методов изучения высшей нервной деятельности, предшествующим нейрохимическим и нейрофизиологическим исследованиям, а также широко используется в фармакологии и пищевой промышленности для оценки возможного влияния разрабатываемых препаратов, БАДов на функциональное состояние высших интегративных центров головного мозга.
2. Установки «Открытого поля» и «Крестообразного лабиринта» - самые распространенные и широко используемые при тестировании ориентировочно - исследовательского, двигательного поведения и тревожности. Для проведения исследовательских работ школьников для каждой из этих установок подобраны легко визуально регистрируемые поведенческие показатели.
3. Разработаны 4 проекта научно-исследовательских работ для обучающихся по изучению индивидуальных, межлинейных особенностей исследовательского поведения, его возраст-зависимых нарушений, влиянию на эти формы поведения температурных и пищевых режимов содержания лабораторных животных с использованием установок «открытого поля» и «крестообразного лабиринта».
4. Исследовательские проекты были апробированы при проведении дня открытых дверей и университетских суббот в КГПУ им. В.П. Астафьева. Разработаны методические материалы к научно-исследовательской работе обучающейся 8 класса МАОУ СШ 23 по теме «Влияние высокоэнергетического рациона на соматометрические и поведенческие показатели лабораторных мышей» и осуществлялась постоянная консультативная помощь на протяжении ее выполнения.
1. Bota M., Sporns O., Swanson L.W. Architecture of the Cerebral Cortical Association Connectome Underlying Cognition. PNAS, 2015, no. 16, pp. 2093-2101.
2. Choleris E, Thomas AW, Kavaliers M, Prato FS. A detailed ethological analysis of the mouse open field test: effects of diazepam, chlordiazpoxide and an extremely low frequency pulsed magnetic field. Neurosci. Biobehav. Rev. 2001;25:235-260.
3. Christensen J., Williams T. H., Jew J., O'Dorisio T. M. Distribution of immunoreactive substance P in opossum esophagus // Dig. Dis. Sci. — 1989. — Vol. 34, No. 4. — P. 513 - 520.
4. Chuyan E.N. History of the department of physiology and animal rightsand biophysics / E.N. Chuyan // Scientific Notes of Taurida V.I. Vernadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2011. - Vol. 24 (63), No 2. - Р. 3-21.
5. Cohen, Dennett, Kanwisher, 2016 - Cohen M.A., Dennett D.C., Kanwisher N. What is the bandwidth of perceptual experience // Trends in Cognitive Sciences. 2016. Vol. 20. No. 5. P. 324-335.
6. De Waal, F. B. M.; Pokorny, J. J. Faces and Behinds: Chimpanzee Sex Perception (англ.) // Advanced Science Letters (англ.)русск. : journal. — 2008. — Vol. 1. — P. 99. — doi: 10.1166/asl.2008.006
7. Doelling K. B., Arnal L. H., Ghitza O. [et al.] Acoustic landmarks drive delta-theta oscillations to enable speech comprehension by facilitating perceptual parsing Neuroimage. 15, 761 (2014).
8. File SE. Factors controlling measures of anxiety and responses to novelty in the mouse. Behav Brain Res. 2001;125:151-157.
9. GagarinA.V. Ekologia cheloveka dlya psiholiga: per-spektivnye prikladnye napravleniya [Human ecology for the psychologist: promising application areas]// Akmeologia [Acmeology], № 3, 2015, S. 192.
10. Hall CS. Emotional behavior in the rat: defecation and urination as measures of individual differences in emotionality. J. Comp. Psychol. 1934;18:385-403.
11. Hall, John (2011). Guyton and Hall textbook of medical physiology (12th ed.). Philadelphia, Pa.: Saunders/Elsevier. p. 3. ISBN 978-1-4160-4574-8.
12. Han H, Du W, Zhou B, Zhang W, Xu G, Niu R, Sun Z. Effects of chronic fluoride exposure on object recognition memory and mRNA expression of SNARE complex in hippocampus of male mice. Biol. Trace Elem. Res. 2014;158:58-64. [PubMed] [Google Scholar]
13. Hartley, Tom; Burgess, N.; Lever, C.; Cacucci, F.; O'Keefe, J. (2000). "Modeling place fields in terms of the cortical inputs to the hippocampus". Hippocampus. 10 (4): 369- 379.
14. Holmes A, Parmigiani S, Ferrari PF, Palanza P, Rodgers RJ. Behavioral profile of wild mice in the elevated plus-maze test for anxiety. Physiol Behav. 2000;71:509-516.
15. Hyafil A., Fontolan L., Kabdebon C. [et al.] Speech encoding by coupled cortical theta and gamma oscillations. Elife. 4, 123 (2015).
16. Kulesskaya N, Voikar V. Assessment of mouse anxiety-like behavior in the light-dark box and open-field arena: role of equipment and procedure. Phys. Behav. 2014;133:30-
38. [PubMed] [Google Scholar]
17. Kulkarni SK, Sharma AC. Elevated plus-maze: a novel psychobehavioral tool to measure anxiety in rodents. Methods Find Exp Clin Pharmacol. 1991;13:573-577.
18. Moreira V.B, Mattaraia V.G.M., Moura A.S. Lifetime Reproductive Efficiency of BALB/c Mouse Pairs after an Environmental Modification at 3 Mating Ages. J Am Assoc Lab Anim Sci. 2015. Vol. 54 (1): 29-34.
19. Noguchi T., Utsugi C., Kashiwayanagi M. Soft-diet feeding impairs neural transmission between mitral cells and interneurons in the mouse olfactory bulb. Arch Oral Biol. 2017: 209-13. DOI: 10.1016/j.archoralbio.
20. Pearce, Jeremy (March 24, 2006). "Dr. James H. Schwartz, 73, Who Studied the Basis of Memory, Dies". The New York Times. Retrieved December 27, 2019.
21. Pellow S, Chopin P, File SE, Briley M. Validation of open:closed arm entries in an elevated plus-maze as a measure of anxiety in the rat. J Neurosci Methods. 1985;14:149-167.
22. Prut L, Belzung C. The open field as a paradigm to measure the effects of drugs on anxiety-like behaviors: a review. Eur. J. of Pharm. 2003;463:3-33.
23. Pyster, A., D. Olwell, N. Hutchison, S. Enck, J. Anthony, D. Henry, and A. Squires (eds). Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge (SEBoK) version 1.0. — The Trustees of the Stevens Institute of Technology, 2012.
24. Rampling, M. W. (2016). "The history of the theory of the circulation of the blood". Clinical Hemorheology and Microcirculation. 64 (4): 541-549.
25. Rodgers RJ, Cole JC. Influence of social isolation, gender, strain, and prior novelty on plus-maze behaviour in mice. Physiol Behav. 1993;54:729-736.
26.Sayed A.A., Ali A.A., Mohamed H.R.H. Fertility enhancing efficacy of Cicer arietinum in male albino mice. Cell Mol Biol (Noisy-le-grand). 2018; Vol. 64 (4): 29-38.
27.Silva RC, Brandao ML. Acute and chronic effects of gepirone and fluoxetine in rats tested in the elevated plus-maze: an ethological analysis. Pharmacol Biochem Behav. 2000;65:209-216.
28.Stowe JR, Liu Y, Curtis JT, Freeman ME, Wang Z. Species differences in anxiety- related responses in male prairie and meadow voles: the effects of social isolation. Physiol Behav. 2005;86:369-378.
29. Tannenbaum B, Anisman H. Impact of chronic intermittent challenges in stressor- susceptible and resilient strains of mice. Biol. Psych. 2003;53:292-303.
30. Utsugi C., Miyazono S., Osada K., Sasajima H., Noguchi T., Matsuda M., Kashiwayanagi M. Hard-diet feeding recovers neurogenesis in the subventricular zone and olfactory functions of mice impaired by soft-diet feeding. PLoS One. 2014. Vol. 9 (5). DOI: 10.1371/journal. pone.0097309.
31. Walker M., Fureix C., Palme R. et al. Mixed-strain housing for female C57BL/6, DBA/2, and BALB/c mice: validating a split-plot design that promotes refinement and reduction. BMC Med Res Methodol. 2016. Vol. 16: 11. DOI: 10.1186/s12874-016- 0113-7.
32. Webster DG, Baumgardner DJ, Dewsbury DA. Open field behavior in eight taxa of muriod rodents. Bull. Psychonom. Soc. 1979;13:90-92.
33. Wojtlowska-Wiechetek D., Tworus R., Dziuk M., Petrovic A. Estimation of usefulness of positron emission tomography (PET) in the diagnosis of post-traumatic stress disorders-preliminary report. Studies in Health Technology and Informatics: Annual Review of Cybertherapy and Telemedicine, 2013, no. 191, pp. 178-180.
34. Ya. V. Gorinaa, Yu. K. Komlevaa, O. L. Lopatinaa, V. Volkovab, A. Chernykhc, A Shabalovaa, A. Semenchukova, R. Olovyannikovaa, A Salminaa The Battery of Tests for Experimental Behavioral Phenotyping of Aging Animals // Advances in Gerontology, 2017, Vol. 7, No. 2, pp. 137-142
35. Айдаркин Е.К., Павловская М.А., Старостин А.Н. Влияние функционального состояния на эффективность сенсомоторной интеграции // Валеология. 2011. №
4. С. 75-102.
36. Алексеев Н. Г., Леонтович А. В., Обухов А. В., Фомина Л. Ф. Концепция развития исследовательской деятельности учащихся // Исследовательская работа школьников. - 2002. - № 1.
37. Байбородова Л.В. Проектная деятельность школьников в разновозрастных группах: пособие для учителей общеобр. организ. / Л.В. Байбородова, Л.Н. Серебренников. М.: Просвещение, 2013. 175 с.
38. Беребин, М.А. Нейробиологические, нейрокомпью-терные и
нейровизуализационные аспекты исследования стресса и постстрессовых расстройств (литературный обзор) / М.А. Беребин, А.А. Пашков // Вестник ЮУрГУ. Серия «Психология». - 2017. - Т. 10, № 1. - С. 106-120.
39. Векторный принцип кодирования в мозге образной информации / Г.В. Лосик // Материалы 3-й всероссийской конференции «Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях». - Нижний Новгород, 2015.
40. Дюжикова, Н. А., Даев, Е. В. (2018) Геном и стресс-реакция у животных и человека. Экологическая генетика, т. 16, № 1, с. 4-26. DOI: 10.17816/ecogen1614- 26
41. Дюжикова, Н. А., Скоморохова, Е. Б., Вайдо, А. И. (2015) Эпигенетические
механизмы формирования постстрессорных состояний. Успехи
физиологических наук, т. 46, № 1, с. 47-75.
42.Зайченко М. И., Ванециан Г. Л., Мержанова Г. X. Различия в поведении импульсивных и самоконтролирующих крыс при исследовании их в тестах открытого поля и светло-темной камеры //Журн. высш. нерв. деятельности. - 2011. - 61 (3) -P.p. 340-350.
43. Когнитом: гиперсетевая модель мозга / К.В. Анохин // Материалы конференции «Нейроинформатика».- М., 2015.
44. Кожевников С. П. Изменение параметров межполушарной асимметрии при моделировании агрессивного поведения / С. П. Кожевников, И. В. Проничев // Журн. высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова. - 2012. - Т. 62, № 1. - С. 5-11.
45. Колесникова И.А., Горчакова-Сибирская М.П. Педагогическое проектирование. - М.: Академия, 2007.
46. Мамылина Н.В., Павлова В.И., 2013. Физиологические аспекты поведенческой активности животных в условиях эмоционального стресса: монография. - Челябинск: Изд-во ЗАО «Цицеро», 2013. - 298 с.
47. Никитина Л. А. Влияние исследовательской компетентности на качество методической подготовки: моногр. Барнаул: АлтГПА, 2009. 205 с.
48. Никитина Л. А. Исследовательские проекты в методической подготовке педагога: учеб.-метод. пос. Барнаул: АлтГПА, 2009. 96 с.
49. Пахомова Н.Ю. Метод учебного проекта в образовательном учреждении. - М.: АРКТИ, 2005.
50. Пермяков А.А., Елисеева Е.В., Юдицкий А.Д., Л.С. Исакова. Поведенческие реакции у экспериментальных животных с различной прогностической устойчивостью к стрессу в тесте «Открытое поле»// Вестник Удмуртского университета. Биология. Науки о Земле. - 2013. - № 3. - С. 83-90.
51. Савенков, А. И. Психологические основы исследовательского подхода к обучению / А. И. Савенков. - М., 2006. -С. 34.
52. Саульская Н. Б. Генерализация страха в моделях на животных:
нейрофизиологические механизмы и возможные мишени коррекции // Успехи физиологических наук. - 2018. - Т. 49, № 4, С. 118.
53. Симонов П. В. Эмоциональный мозг. — М.: Наука, 1981. — С. 20.
54. Спонтанность агрессии // Лоренц К. Агрессия (так называемое «зло»). — М.: Прогресс: Универс, 1994. — Гл. 4.
55. Тетиор А.Н. Новая концепция философского осмысления мира и эволюции живой природы. - Российская Академия Естествознания, 2015. - 235 с.
56. Шахмарданова С.А., Шахмарданов А.З. Антигипоксическая активность
металлокомплексов цинка, кобальта и железа и их влияние на поведение животных // Вестник ВГУ Серия: Химия. Биология. Фармация. - 2014. -№ 4. - С. 142-146.
57. Шурыгина Л.В., Кравцов А.А., Злищева Э.И., Полещук Л.А., Абрамова Н.О., Кондратова Л.А. Влияние комената калия на активность глутати-онпероксидазы в мозге стрессированных мышей // Проблемы современной биологии: Материалы XIII Международной научно-практической конференции (15.07.2014). - М.: издательство «Спутник+», 2014. - С. 10-13.