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探索空間記憶:從水中到干地,比較Morris水迷宮與巴恩斯迷宮的研究方法

Morris水迷宮
在Morris水迷宮實驗(MWM)中讓動物利用遠側暗示從起始位置游到水下隱匿平臺,用重復訓練來評估空間學習。當水下平臺被撤出時?用平臺象限偏愛來確定動物參考記憶。空間學習記憶是人和動物在復雜環境中生存所必需的生理功能?是大腦高級而復雜的神經生理活動。
Morris水迷宮定位航行實驗是將大鼠放入水中,利用嚙齒類動物天性會水但又怕水的特性作為驅動力迫使動物找到逃逸平臺避水上岸,并通過訓練學會利用環境標記物與隱匿平臺關系來判斷水中平臺位置,形成穩定的空間認知,動物必須通過游泳和尋找水下平臺才能強化這一認知,這種空間學習記憶屬于聯合型學習中的操作式條件反射。平臺的位置與大鼠自身所處的位置無關,是一種以異我為參考點的參考認知,所形成的記憶是空間參考記憶。這種空間參考記憶進入意識系統?其儲存與提取涉及邊緣系統(海馬)、紋狀體、基底前腦、小腦和其他的神經區域,其記憶過程屬于陳述性記憶。在水迷宮試驗中,空間學習和非空間學習之間的區別是能否看見目標。

Fig1 Morris水迷宮,型號:XR-XM101,上海欣軟
Morris水迷宮實驗分別于干預前及干預第7、14、21天采用Morris水迷宮實驗評價各組大鼠學習記憶能力,其分為定位航行實驗和空間探索實驗兩部分。定位航行試驗共4d,將平臺置于NW象限,將受試大鼠頭朝池壁分別從4個象限的同一入水點放入水池。如果大鼠在90s內找到平臺,記錄實際逃避潛伏期時間;如果在90s內未找到平臺,將其引上平臺并停留10s,逃避潛伏期時間記錄為90s。連續4d,以第4天4個象限的平均值作為大鼠逃避潛伏期。空間探索試驗共1d,定位航行試驗結束后撤除原平臺,將受試大鼠于SE象限入水點放入水中,觀察并記錄大鼠90s內穿越原平臺區域的次數。記錄大鼠平臺所在區域有效穿梭次數和停留時間,然后求取平均值。每次實驗結束后,毛巾擦干及吹干大鼠后放入籠內。
優勢:
相比其它類型的迷宮設備水迷宮的優點是能減少嗅覺跡象的干擾,作為一種檢測手段對大鼠海馬損傷后效應特別敏感。
缺點:
該實驗也存在一些缺陷:比如在試驗的初始階段把動物放入水中,動物落入水中可能會相當緊張而影響所得成績。所以水溫要適當動物的緊張才會減到最小。動物機體內分泌變化可能會干擾動物的學習成績。為了減小這類干擾?有學者推薦在動物入水時采用一些適應性程序?使動物適應被放入水中。
巴恩斯迷宮
(1)學習過程:在20個洞口中只有一個洞口底部放置暗盒,稱為目標洞。每次訓練開始時將鼠放置在迷宮中央,自由選擇進入各個洞口找尋目標,每次訓練3分鐘或進入暗盒即結束一次訓練。每只小鼠實驗完1次后以75%酒精擦拭裝置,旋轉巴恩斯迷宮,但不改變目標洞的相對空間位置,以防止小鼠運用氣味等信息來尋找目標。每天訓練3次,共訓練3天。
(2)測試過程:過程同訓練階段,共測試3次,測定指標為找到目標盒所需時間及錯誤總數(小鼠鼻或前爪伸向無目標盒的洞邊作探索行為一次記為一次錯誤),求每個指標3次的平均數,分別作為每只小鼠的統計指標。因為它是一項依賴于海馬體的任務,動物在海馬體中學習遠端線索之間的關系。
優勢:
盡管MWM是評估嚙齒動物空間學習的主要模型,但巴恩斯迷宮提供了幾個重要優勢。首先,巴恩斯迷宮沒有涉及游泳和與之相關的潛在混雜因素。游泳是有壓力的,因為詳細記錄的研究表明,MWM訓練比巴恩斯迷宮更能增加血漿皮質酮水平。此外,大多數MWM中使用的游泳條件會導致核心體溫降低,從而影響性能。此外,嚙齒動物經常漂浮,被認為代表了一種行為絕望的狀態,在廣泛使用的波索強迫游泳測試中被認為是“抑郁樣”行為的指標。
缺點:
巴恩斯迷宮的一個潛在缺點是,缺乏壓力刺激會導致學習緩慢。為了提供溫和的壓力并增加逃跑的動力,播放90dB白色在所有試驗期間通過揚聲器發出的噪音。還應該注意的是,增加焦慮的藥理學和/或基因操作可能成為巴恩斯迷宮性能的混雜因素。當在巴恩斯迷宮上測試焦慮增加的小鼠時,降低光強度將是一種可能的補救措施,以盡量減少焦慮的混雜影響。
可根據不同水迷宮的優缺點選擇適合的范式進行實驗。

Fig2 巴恩斯迷宮
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