动物行为学实验专题1----小鼠迷宫实验
| 导读 | 在非临床有效性研究过程中，主要采用行为学试验研究**对动物学习记忆功能的影响。人和动物的内部心理过程是无法直接观察到的，只能根据可观察到的刺激反应来推测脑内发生的过程，对脑内记忆过程的研究只能从人类或动物学习或执行某项任务后间隔一定时间，测量他们的操作成绩或反应时间来衡量这些过程的编码形式、贮存量、保持时间和它们所依赖的条件等等。小鼠/大鼠迷宫实验则是有效的实验技术。 |
(一) 实验概述
Morris水迷宫是英国心理学家Morris于20世纪80年(1981)代初设计并应用于脑学习记忆机制研究的一种实验手段，其在AD研究中的应用非常普遍。
(二) 实验原理
虽然老鼠是天生的游泳健将，但是它们却厌恶处于水中的状态，同时游泳对于老鼠来说是十分消耗体力的活动，他们会本能的寻找水中的休息场所。寻找休息场所的行为涉及到一个复杂的记忆
过程，包括收集与空间定位有关的视觉信息，再对这些信息进行处理、整理、记忆、加固、然后再取出，目的是能成功的航行并且找到隐藏在水中的站台，*终从水中逃脱。
(三) 实验方法
分获得性训练、探查和对位训练3个过程。
1．获得性训练（Acquisition phase）理论上将水池分为4个象限，平台置于其中一个象限区的中央。
(1) 将动物（大鼠或小鼠）头朝池壁放入水中，放入位置随机取东、西、南、北四个起始位置之一。记录动物找到水下平台的时间（s）。在前几次训练中，如果这个时间超过60s，则引导动物到平台。让动物在平台上停留10s．
(2) 将动物移开、擦干。必要时将动物（尤其是大鼠）放在150W的白炽灯下烤5min，放回笼内。每只动物每天训练4次，两次训练之间间隔15~20min，连续训练5d。
2．探查训练(probe trial 1)*后一次获得性训练结束后的**天，将平台撤除，开始60s的探查训练。将动物由原先平台象限的对侧放入水中。记录动物在目标象限（原先放置平台的象限）所花的时间和进入该象限的次数，以此作为空间记忆的检测指标。
3．对位训练（reveral phase）测定动物的工作记忆（working memory）。探查训练结束后的**天，开始维持4天的对位训练。将平台放在原先平台所在象限的对侧象限，方法与获得性训练相同。每天训练4次。每次记录找到平台的时间和游泳距离以及游泳速度。
4．对位探查训练（probe trial 2）*后一次对位训练的**天进行。方法与上述探查训练类似。记录动物60s内动物在目标象限（平台**次所在区）所花时间和进入该区的次数。
(一) 实验概述
高架十字迷宫是利用动物对新异环境的探究特性和对高悬敞开臂的恐惧形成矛盾冲突行为来考察动物的焦虑状态。高架十字迷宫具有一对开臂和一对闭臂，啮齿类动物由于嗜暗性会倾向于在闭臂中活动，但出于好奇心和探究性又会在开臂中活动，在面对新奇刺激时，动物同时产生探究的冲动与恐惧，这就造成了探究与回避的冲突行为，从而产生焦虑心理。而抗焦虑**能明显增加进入开臂的次数与时间，十字迷宫距离地面较高，相当于人站在峭壁上，使实验对象产生恐惧和不安心理。高架十字迷宫被广泛应用于新药开发/筛选/评价、药理学、毒理学、预防医学、神经生物学、动物心理学及行为生物学等多个学科的科学-研究和计算机辅助教学等领域，是医学院校与科研机构开展行为学研究尤其是焦虑抑郁研究的经典实验。
(二) 实验方法
实验开始时将小鼠从中央格面向闭合臂放入迷宫，记录5分钟内的活动情况。观察指标包括：开放臂进入次数(必须有两只前瓜进入臂内)，开放臂停留时间，闭合臂进入次数，闭合臂停留时间。计算开放臂停留时间比例，开放臂进入次数比例，高架十字迷宫中总进入次数。实验完成后将小鼠取出，将两臂清理干净，喷洒酒精除去气味。*后用SuperMaze动物行为学软件进行数据分析。
进入开放臂次数及停留时间与大鼠的焦虑情绪成负相关，进入开放臂次数越少，停留时间越短，说明老鼠的焦虑情绪越严重。
(一) 实验概述
Y迷宫主要应用于动物的辨别性学习，工作记忆及参考记忆的测试。Y迷宫由三个完全相同的臂组成。每个臂尽头有食物提供装置，根据分析动物取食的策略即进入各臂的次数、时间、正确次数、错误次数、路线等参数可以反映出实验动物的空间记忆能力。相对而言，Y迷宫简便、可行，相对八臂迷宫来说更加简单，有一定的实用性，现常用于学习记忆功能评价。
Y迷宫、八臂迷宫这类食物奖赏型迷宫任务能够检测啮齿类动物与海马和前额叶脑区相关的空间参考记忆和空间工作记忆。当动物在迷宫中寻找食物时，动物需要根据迷宫周围的视觉标示，记住它已搜寻过的迷宫臂，以避免重复进入同一个臂，从而有效地获得食物。这种类型的记忆能指导进行中的行为，被称为工作记忆。
Y迷宫实验模型用来研究啮齿类动物的空间识别记忆能力，这相对于被动回避等实验的优点在于：这种迷宫利用了啮齿类动物对新异环境天然探究的自然习性，不需要动物学习任何规则来趋利避害，能够有效地反映出动物对新异环境的识别记忆能力。
(二) 实验方法
1．Y迷宫食物奖赏测试
Y迷宫实验包含两个阶段，间隔1h。**个阶段为训练期，新异臂被隔板挡住，小鼠由起始臂放入，在起始臂和其他臂中自由活动10min，训练结束后，小鼠被放回饲养笼。1h后进行第2个阶段实验。第2个阶段为检测期，抽开新异臂隔板，小鼠由起始臂放入，在3个臂中自由活动5min。录像记录5min内每只小鼠在各个臂停留的时间和穿梭次数。
数据统计：Y迷宫实验中，5min内小鼠在各个臂之间停留的时间；Y迷宫实验中，5min内小鼠在各个臂的穿梭次数。
注：实验中，随机安排不同动物对应的Y迷宫的起始臂、新异臂和其他臂，但对于同一只小鼠，在迷宫实验的两个阶段，三个臂是固定的。由于小鼠对该迷宫测试的记忆时间*长不超过数小时，所以该迷宫测试可以在同一只小鼠上反复进行，但两次实验需间隔至少1周，并改变三个臂的搭配（Dellu et al， 2000）。评价空间识别记忆能力可以用小鼠在各个臂停留的时间作为检测指标，同时以动物在各个臂的穿梭次数作为检测其活动能力的一个指标（Dellu et al， 1992，2000）。
2．Y迷宫电刺激测试
Y-迷宫为一个三等臂式反射箱，三臂的夹角为120°，底部为可通电的铜棒，每臂端有一信号灯，灯亮表示**区，此臂不通电无电流，另两臂通电(电压50~70V，大致固定在能使小鼠产生逃避行为的强度)。实验时，随即变换**区，电击小鼠，以小鼠立即逃往**区为一次正确反应。具体方法：每只小鼠先在迷宫中适应3min，每次电击延迟为5s，直到小鼠的训练过程中连续9次正确反应即为学会。记录小鼠学会所需的训练次数，训练次数越少，说明学习能力越强。24h后进行记忆保持能力的检测，以正确反应次数占总检测次数的百分比表示记忆保持能力(正确反应的次数/总检测次数×100%)，此值越高说明记忆力越好。
(一) 实验简介
八臂迷宫（放射臂迷宫（radial arm maze））实验也是*为常用的评价动物学习记忆能力的模型之一，由Olton等人于20世纪70年代中期建立。其基本依据是，控制进食的动物受食物的驱使对迷宫各臂进行探究；经过一定时间的训练，动物可记住食物在迷宫中的空间位置。该方法可同时测定动物的工作记忆（working memory）和参考记忆（reference memory）。所用动物包括大鼠、小鼠和鸽子。这一模型对脑区毁损和多种**均很敏感。后者包括乙醇、东良宕碱（抗胆碱能药）和MK-801（NMDA受体拮抗剂）等。
(二) 实验方法
1．动物适应实验环境1周后，称重，禁食24小时。此后每天训练结束后限制性地给予正常食料（据体重不同，大鼠16-20g，小鼠2-3g），以使体重保持在正常进食大鼠的80%~85%。
2．**天，迷宫各臂及中央区分撒着食物颗粒（每只4~5粒，直径约3~4mm）。然后，同时将4只动物置于迷宫中央（通往各臂的门打开）。让其自由摄食、探究10min。
3．第三天，重复**天的训练。这一过程让动物在没有很强的应激条件下熟悉迷宫环境。
4．第四天起，动物单个进行训练：在每个臂靠近外端食盒处各放一颗食粒，让动物自由摄食。食粒吃完或10min后将动物取出。
5．第五天，将食物放在食盒内，重复前**的训练，**2次。
6．第六天以后，随机选4个臂，每个臂放一颗食粒；各臂门关闭，将动物放在迷宫中央；30s后，臂门打开，让动物在迷宫中自由活动并摄取食粒，直到动物吃完所有4个臂的食粒。如经10min食粒仍未吃完，则实验终止。每天训练两次，其间间隔1h以上。
(三) 记录以下4个指标：
1．工作记忆错误（working memory errors），即在同一次训练中动物再次进入已经吃过食粒的臂
2．参考记忆错误（reference memory errors），即动物进入不曾放过食粒的臂；
3．总的入臂次数；
4．测试时间，即动物吃完所有食粒所花的时间。此外，计算机还可记录动物在放射臂内及中央区的活动情况，包括运动距离和运动时间等。连续5次训练的工作记忆错误为零、参考记忆错误不超过1次时，可以开始**测试或脑内核团结构毁损实验。一般先给溶剂（如生理盐水），再给削弱记忆的**（如东良宕碱、MK-801等），然后加用增强记忆的**，剂量由低到高。
(四) 计算与数据分析
用两个指标评价动物的记忆，即工作记忆错误频率（frequency of working memory errors）和参考记忆错误频率（frequency of reference memory errors），分别等于工作记忆错误或参考记忆错误与总的入臂次数的比率。用这两个指标分别评价工作记忆与参考记忆。同时，计算平均探究时间（average exploration time），即测试时间与总的入臂次数之比，为评价一般运动活性的指标。根据毁损的脑区结构或所给削弱记忆的**的不同，工作记忆错误频率和/或参考记忆错误频率显著增高，记忆增强**或**可使这种错误频率降低。
(五) 注意事项
1．小鼠放射迷宫设备和实验程序与大鼠类似，但迷宫规格应比大鼠迷宫小1/4~1/2，以免增加小鼠行为操作难度。
2．本实验也可只用来测定工作记忆。方法中**不同的是，在所有放射臂均放置食粒，而不是只选4个臂放置食粒。
3．慢性应激对动物的迷宫操作可产生影响，且存在性别差异。经过慢性应激以后，雄性大鼠记忆力减弱，表现为记忆错误频率增加；雄性大鼠的空间记忆反而增强，表现为错误频率减少。
4．即使在限制进食条件下，也应让大鼠体重每周增加5g，以免动物因营养**而患病。剔除身体状态**的动物。
5．迷宫周围的任何一件物品均可被动物用来作为空间定为的标志。去除或移动这些标志可能使动物操作困难并降低迷宫臂选择的准确性。
6．根据实验目的的不同迷宫放射臂的数目可不同，包括8、16、24、32、40和48臂迷宫。迷宫臂越少要求动物记住探究过的臂也越小，动物的行为操作就越简单。增加臂的数目一方面增加了对动物空间记忆的要求，另一方面也引入了更多的、有必要考虑的干扰因素（例如过去的迷宫学习对目前所测记忆的影响）。所以，通常使用8臂放射迷宫，既可减少不必要的、过多臂的干扰，又可缩短训练和测试所花的时间。
7．所用食物通常为小块的、带巧克力味（动物*喜欢的味道之一）或甜味的早餐圈（每块10mg）；也可用液体食物（如巧克力奶或水）。后者对于测试某些影响动物对固体食物吞咽的**（如东良宕碱）尤为实用。
8．影响动物迷宫操作主要有两大因素：对迷宫或观察者的恐惧与动物探究习性和已知放在迷宫臂内食物的驱使。恐惧因素过强会阻止动物的迷宫操作，使动物始终停留在迷宫的某一个地方而不去探究。缺乏对食物的渴求也会产生类似结果，增加对动物的抚摸，必要时加高迷宫臂的侧墙，有助于减少动物的恐惧。如食物的驱使作用不足，可减少食物量，但必须同时监测体重和一般身体状况。通常大鼠体重不应低于禁食前的80%；对多数大鼠，体重降低15%即可。
9．与水迷宫不同，放射臂迷宫适合反复测试或长期记忆的测试。一般认为，工作记忆代表短期记忆，参考记忆代表长期记忆。
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