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通過比較五種迷宮的實驗方法、注意事項、評價指標、應(yīng)用特點以及優(yōu)缺點，為更好利用迷宮實驗評價大小鼠學習記憶能力提供參考。檢索中國知網(wǎng)和PubMed，搜集 Morris 水迷宮、Y迷宮、八臂迷宮、T迷宮、Barnes迷宮實驗的相關(guān)文獻，比較它們的實驗方法、注意事項、評價指標、應(yīng)用特點以及優(yōu)缺點。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Morris水迷宮實驗的評價指標多，結(jié)果更可靠； Y迷宮操作簡便，但電Y迷宮對動物影響大； 八臂迷宮無水和電刺激，操作簡便； T迷宮無水和電刺激，依靠動物探索天性完成任務(wù)； Barnes迷宮以光和聲音刺激動物完成任務(wù)，局限性大。評價大小鼠空間學習和記憶能力時五種迷宮均適合，但 Morris水迷宮實驗結(jié)果準確性更高。評價工作記憶能力時Morris水迷宮、Y迷宮、T迷宮、八臂迷宮均適合，但Y迷宮自主交替實驗和T迷宮對動物應(yīng)激小，結(jié)果更可靠。
動物行為實驗儀器的相關(guān)性能、規(guī)格、技術(shù)參數(shù)，可以在線咨詢我們的工程師：
Morris水迷宮是利用大小鼠會游泳又怕水的天性，強迫其在水中游泳，依靠空間參考標志判定平 臺的位置擺脫水環(huán)境。實驗模式有三種： 定位航行模式、空間探索模式、工作記憶模式。定位航行實驗時，動物從不同象限的中點放入迷宮，記錄其登上平臺的時長( 潛伏期) ?？臻g探索實驗考察其對平臺位置的記憶，記錄動物的穿臺次數(shù)。工作記憶模式是定位航行實驗后，每天改變平臺位置，給予動物5～10s的觀察時間，檢測動物在短時間內(nèi)對平臺新位置的記憶( 即工作記憶) 。
(1) 實驗人員勿隨意走動，室內(nèi)物品位置勿變動。
(2) 小鼠實驗時水溫維持在20℃ ～ 23℃，水溫過高，則小鼠不愛游動。大鼠因體積大， 耗能多，水溫在24℃ ～ 26℃之間。
(3) 實驗前水中加入墨汁或牛奶、無毒的涂料，更好地隱匿平臺。
(4) 實驗前后，將動物置于平臺上休息一段時間，使動物觀察迷宮四周環(huán)境，幫助記憶。
(5) 防止動物 因視覺問題影響尋臺，可在水迷宮實驗前或后進行 可視平臺實驗。
(6) 平臺應(yīng)放置在象限的中間，不要放置在水池邊緣，避免動物按邊緣式搜索策略無 意找到平臺。
Y迷宮可進行兩種實驗: 電Y迷宮實驗，Y迷宮自主交替實驗。
電Y迷宮實驗是利用鼠類避明趨暗的習性設(shè)計的一種條件反射實驗裝置，其三條臂內(nèi)均裝有燈泡和電網(wǎng)，燈亮的臂無電，而暗臂有電，隨機更換安全臂訓練動物的空間辨別學習能力。實驗分為三個階段，先是訓練期，當動物主動逃避次數(shù)達到 80% 以上，則可進入測試階段，最后還可進行記憶再現(xiàn)階段。訓練期記錄動物達到學會標準進行的電 擊總數(shù)和動物出錯總數(shù)，作為學習的評定指標。測試期統(tǒng)計動物足底電擊中的出錯總數(shù)，作為記憶的評定指標。記憶保持是考察動物經(jīng)過一段時間后再放入迷宮，以評價動物記憶力的高低。建議使用軟件：VisuTrack動物行為分析軟件。
Y迷宮自主交替實驗，*利用嚙齒類動物對新奇環(huán)境探索的天性，動物必須依靠前一次的記憶做出正確的進臂選擇，可有效地評價動物的空間工作記憶能力。實驗時將動物放入一條臂的末端，讓其自由探索幾分鐘，一段時間后將動物再次放入迷宮進行正式檢測。記錄動物進入各臂的順序和總次數(shù)，當連續(xù)三次進入不同的臂時，記為一次正確交替反應(yīng)，統(tǒng)計正確交替反應(yīng)次數(shù)，計算自主交替率。
對于電Y迷宮，應(yīng)選擇合適的電壓。
T 迷宮是依靠覓食動機誘導動物完成任務(wù)的一 種迷宮，檢測前需對動物進行禁食。實驗中，動物對目標臂的選擇基于記住上次探索過的目標臂，即空間工作記憶，動物對目標臂的正確交替選擇是完整工作記憶能力的體現(xiàn)。T迷宮包括自發(fā)連續(xù)交替實驗和交替選擇實驗兩種模式：
自發(fā)連續(xù)交替實驗模式時，動物不用禁食，*借助其愛探索的天性。先讓動物*適應(yīng)迷宮后，進行一次初始強 制實驗和六次選擇實驗，即關(guān)閉其中一條目標臂， 動物從起始箱放入，使其探索另一條開放的目標臂，待進入目標臂后，又重新放回起始箱。10s后開放閘門，讓其自由探索兩條目標臂，待其進入其中 一條臂后，關(guān)閉另一條臂，再次放回起始箱，10s后進入下一次選擇實驗，循環(huán)進行六次。
交替選擇實驗模式是動物禁食后，進行7～8d的適應(yīng)性訓練和1d的正式訓練，即適應(yīng)迷宮后，在兩條目標臂中隨機選擇一條臂末端放入食餌，關(guān)閉另一條臂。將動物放入起始箱，使其進入目標臂獲取食餌，連續(xù)訓練一段時間后( 保證左右兩臂放食餌的次數(shù)相 等) 進入正式實驗階段。先是強迫訓練，選擇一條臂開放并放入食餌，另一條臂關(guān)閉，當動物進入有食餌的臂獲得獎勵后，將其馬上放回主干臂，而后讓其自由探索左右兩臂，此前強迫訓練時放食餌 的臂中無食餌，其對側(cè)臂有食餌。動物若進入無食餌的臂，記為一次“錯誤次數(shù)”，反之為“正確次數(shù)”， 重復測試多次。統(tǒng)計總的正確率，正確率越高，潛伏期越短，表明動物工作記憶越好。
當為交替選擇模式時，動物須禁食，至體重減輕為原來的85%～90% ，促使動物覓食。
八臂迷宮以動物尋覓不同臂中的食餌來評價 其空間學習記憶能力，實驗分為訓練期和檢測期。 訓練期: 將食餌放入八條臂末端食盒內(nèi)，動物從中央?yún)^(qū)放入，讓其自由尋覓食餌。重復訓練多天，使用VisuTrack軟件（上海欣軟）記錄動物進臂次數(shù)，訓練期反映的是依賴海馬有關(guān)的 陳述性記憶。檢測期: 隨機在4條臂中放入食餌，另外4條臂關(guān)閉，動物限定時間內(nèi)探索4條開放臂，待動物獲得全部食餌后將其放回中央?yún)^(qū)等待一 段時間后，開放迷宮八條臂進行測試( 之前沒放食餌的臂放入食餌) 。檢測期主要反映了依賴紋狀體的習慣性記憶。
注意事項
(1) 每天訓練完后， 將整個迷宮旋轉(zhuǎn)180°，防止動物依靠反向記憶記住空間位置。
(2) 迷宮周圍的所有物品位置需保持不變，防止動物定位不準確。
Barnes迷宮是利用嚙齒動物喜暗避明的習性設(shè)計，通過強光照射與噪聲刺激迫使動物在規(guī)定時間內(nèi)尋找某個位置孔洞下的暗箱。實驗分為訓練期和測試期，連續(xù)訓練幾天后測試，記錄動物進入暗盒的時間、總路程、速度等，以及進入錯誤洞口的次數(shù)以反映動物空間參考記憶能力，也可以通過VisuTrack軟件記錄動物重復進入錯誤洞口次數(shù)來測量動物的工作記憶。
注意事項
每次訓練后要隨機轉(zhuǎn)動迷宮，保 證連續(xù)兩天迷宮位置不同，但目標箱位置不改變。 當動物在其他洞旁徘徊時，其頭部伸入洞內(nèi)，眼睛 低于平臺邊緣時，判斷為逃生錯誤。
| 名稱 | Morris水迷宮 | Y迷宮 | T迷宮 | 八臂迷宮 | Barnes迷宮 |
|---|---|---|---|---|---|
| 實驗方法( 設(shè) 備規(guī)格、檢測 時間) | 規(guī)格: 小鼠水迷宮直徑90～100 cm，平臺直徑6cm，平臺在水下1.5cm; 大鼠 水迷宮直徑120～180cm，平 臺直徑9～10 cm，平臺在水 下 2cm。 檢測時間: 60～ 120s，其中120s 居多，一般訓練3次，定位航行模式5～6d，空間探索模式1d。 | 規(guī)格: 大鼠Y迷宮臂長45～48 cm，小鼠Y迷 宮臂長30cm。 檢測時間: 自由交替實驗時間 5～10min。部 分大鼠實驗電刺激訓練20次，每 次刺激后給大鼠 10s做出反應(yīng)， 連續(xù) 7 ～ 9d。 | 規(guī) 格: 主干臂71cm，長40～50cm，寬10 ～15 cm的目標臂，裝置高于 地面50～90cm。 檢測時間: 每天訓練5次，間隔10 ～15min，連續(xù)3d。 | 規(guī)格: 臂長50 ～ 65cm，中央?yún)^(qū) 直徑25cm，小 鼠臂長32 cm。 檢測時間: 適應(yīng)期每天10～12 min， 連續(xù)2天; 訓練期3min，連續(xù) 4 ～10d，每天一次。 | 規(guī)格: 小鼠直徑 91～105 cm，大鼠為100～ 122 cm。 圓臺周圍均勻分布有12、20或 40個孔洞，其 中20個孔洞常見。 檢測時間: 小鼠熟悉期一般每 次30s，每天 2 ～ 4次，連續(xù) 3 ～5天。訓練期間每次5min，檢測期 90 s。大鼠熟悉期為 2 min，檢測期3 ～5min 連續(xù)3 ～4d，每天3 次，間隔10～ 15min。 |
| 評價指標 | 1． 潛伏期: 動物從入水到成功登上平臺的總時間，如有多次重復則需取其平均值。 2． 穿臺次數(shù): 動物穿過原平臺的次數(shù)。 3． 實臺象*比率 4． 總游程 5． 實臺象限游程比率 | 1． 正確交替反應(yīng)次數(shù)自發(fā)交替反應(yīng)率: 自發(fā) 交替反應(yīng)率 ( % ) = ［正確交替反應(yīng)次數(shù)/ ( N-2) ］×100。 2． 動物進臂正確率 3． 部分大鼠實驗以 20次中正確反應(yīng)次數(shù)作 為學習記憶成績。 | 1． 正確次數(shù): 動物進入有食 餌的臂次數(shù)。 2． 錯誤次數(shù): 動物進入未放 食餌的臂次數(shù)。 | 1． 參考記憶錯誤次 數(shù) ( RME ) : 進入未放食餌的臂次數(shù)反映動物的長時記憶能力。 2． 工作記憶錯 誤次 數(shù) ( WME ) : 重 復進 入 已 經(jīng)探索過的臂次 數(shù)。反映動 物 的短時記憶能力。 | 1． 探索目標洞的潛伏期: 第一次將鼻子或前肢探向目標洞的時間。 2． 錯誤次數(shù): 動物將鼻子探向 非目標洞或前肢進入任何一個 非目標洞。 |
| 應(yīng)用特點 | 評價空間參考記憶，空間學習記憶和工作記憶。 | 評價工作記憶。 | 評價空間工作記憶。 | 評價空間學習記 憶、工作記憶和參考記憶。 | 評價空間參考記憶能力和工作記憶。 |
| 名稱 | 優(yōu)點 | 缺點 |
|---|---|---|
| Morris水迷宮 | 1． 能消除前一只動物遺留的氣味，避免動物間的干擾。 2． 應(yīng)用在轉(zhuǎn)基因小鼠上更敏感。3． 實驗設(shè)備包含整套計算機處理分析系統(tǒng)，實時記錄動物行為，較客觀反映認知水平。 4． 能提供較多的實驗指標，能全面考察實驗動物。 | 1． 需要較高的實驗條件，復雜的監(jiān)視記錄系統(tǒng)且統(tǒng)計繁瑣。 2．水刺激對實驗動物的應(yīng)激性大。3． 實驗動物體能消耗大，無法*避免動物體能不足帶來的影響。 4． 實驗訓練時間較長。 |
| Y迷宮 | 1． 簡單方便。 2． 訓練時間時間短。 3． 利用嚙齒類動物自然的探索行為，干擾較小。 | 1． 數(shù)據(jù)分析受人為主觀因素影響較大。 2． 應(yīng)用Y電迷宮時，由于動物個體差異，對電擊耐受性差和對電擊不敏感的動物需被淘汰。 |
| T迷宮 | 1． 設(shè)備要求簡單，不需要自動錄像系統(tǒng)( 需要實驗者不斷觀察) 。 2． 不提供懲罰條件，*利用動物探索的覓食天性，因此能最大可能地減少影響實驗結(jié)果的混雜因素，如電擊對動物機體的傷害及引發(fā)應(yīng)激反應(yīng)。 | 1. 迷宮只有一個選擇點到達目標臂，則選擇正確臂的概率默認為 50% ，增加了成功的可能性。 2．實驗前剝奪動物進食可能是 一個潛在的問題。 |
| 八臂迷宮 | 1． 避免水和電刺激，動物體力消耗較小，且對機體傷害較小。 2． 有效排除動物由于自身運動機 能障礙而對學習和記憶觀察指標的影響。 3．操作簡便，可區(qū)分短期的工作記憶和長期的參考記憶。 | 需剝奪進食且前只動物遺留的氣味線索可影響后面動物的行為。 |
| Barnes迷宮 | 1． 利用嚙齒類動物喜暗避明的天性，不需要電和水刺激。 2． 操作簡便。 | 1．容易受到實驗者的主觀意識影響。 2． 檢測指標在說明動物空 間認知能力的復雜性方面受到限制。3． 實驗中動物有時會缺乏探索迷宮的動力，如發(fā)現(xiàn)目標箱后沒有進入或在目標箱周圍而沒有進入。 |
中國比較醫(yī)學雜志，2018年12月第28卷第12期，楊玉潔，李玉姣，李杉杉，劉新民 ，王瓊 ，《用于評價大小鼠學習記憶能力的迷宮實驗方法比較》
上海欣軟是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的的高新技術(shù)企業(yè)，是專業(yè)的動物行為視頻分析方案解決商。我司專注于動物神經(jīng)科學與行為學產(chǎn)品的研究且致力于向高校、科研機構(gòu)等領(lǐng)域提供實驗室一體化方案，業(yè)務(wù)范圍遍布全國上百家實驗室。公司主營產(chǎn)品均為自主開發(fā), 擁有核心技術(shù)，同時公司擁有數(shù)位動物行為學儀器行業(yè)從事10年以上的資深服務(wù)工程師，可為我們的產(chǎn)品提供全方案的售前及售后服務(wù)。
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動物行為分析軟件：
1、VisuTrack軟件
2、SuperMaze軟件
3、FishTrack斑馬魚分析軟件
動物行為儀器：
1、自身給藥、條件恐懼、斯金納、震驚反射（PPI）、跑步機、各類經(jīng)典迷宮等
2、動物抓撓分析儀、動物震顫行為分析儀、動物捕食行為分析儀
3、動物主動步態(tài)分析、動物被動步態(tài)分析、動物自由步態(tài)分析（內(nèi)測中）
4、睡眠剝奪儀、飲水偏好測試儀、體溫維持儀、智能熱板儀、轉(zhuǎn)棒疲勞儀、鼠尾光照測痛儀等
神經(jīng)電生理：
1、光遺傳、無線光遺傳
2、光纖記錄系統(tǒng)（單通道、多通道）
3、電生理信號采集系統(tǒng)（腦電、肌電等）
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