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T迷宮-學習記憶的行為學研究方法(3)

T迷宮-學習記憶的行為學研究方法(3)

T迷宮

        近半個世紀前,Kivy和Dember等人證明大鼠能辨別T-形迷宮(T-maze)兩臂顏色的變化。他們發現,將雄性大鼠置于T-形迷宮的主干臂15~30min,讓其能看見、但不能進入黑白兩臂。然后,改變其中一個臂的顏色,使兩臂同為黑色或白色。讓大鼠自由選擇T-形臂。結果顯示,大鼠總是選擇改變了顏色的那個臂(新異臂)。這一過程要依靠動物的記憶來完成。由此發展而成的T-形迷宮實驗成為目前用于評價空間記憶的*常用的動物模型之一。當然,現在的T-形迷宮使用的是食物而不是臂的顏色作為動物探究的動力。通常用這一模型來研究動物的空間工作記憶(spatialworking memory),即測定動物只在當前操作期間有用的信息。經改進后的T-形迷宮也可用來評價參考記憶(referencememory),即記錄在這一實驗中任何**、任何一次的測試都有用的信息。

  • (一)實驗設備  

      這里介紹上海欣軟信息科技游戲公司生產的T迷宮。迷宮由兩個長46cm、寬10cm、高10cm的目標臂(goalarms)和一個與之垂直的長71cm、同樣寬度和高度的主干臂(stem)或起始臂(approachalley)組成。主干臂內置一個16cm*16cm的起始箱,并有一閘門與主干臂的另一部分相聯。實驗用雄性成年大鼠。飲水不限,但進食控制在每天16~20g,以使體重保持在非進食大鼠體重的85%。在整個訓練和測試期間,大鼠體重每周增加不超過5g。

  • (二) 實驗方法 

       這里介紹傳統T-形迷宮實驗和T-形迷宮自主交替實驗。

   1.傳統T-形迷宮實驗

(1)適應  在T-形迷宮臂內分撒6粒食丸(45g),讓大鼠適應迷宮5min,每天一次,連續5天。

(2)強迫選擇訓練  將大鼠放入主干臂的起始箱,打開閘門,讓大鼠進入迷宮的主干臂。隨機、交替選擇左右兩臂之一放入4粒食丸,同時關閉另一臂,使動物被迫選擇食物強化臂并完成攝食;每天6次,連續4天。

(3)延遲位置匹配(delayed matching-to-position,DMP)訓練

1)將動物放入閘門關閉的起始箱,打開閘門,讓動物進入主干臂。

2)關閉一側目標臂,強迫動物進入另一側開放臂以獲得2粒食丸獎賞。

3)立即(*短延遲,少于5s)將動物放回主干臂,開始匹配訓練中的**次訓練;此時兩個目標臂均開放。動物將兩前肢和至少兩后肢的一部分置于一個目標臂時完成“一次選擇”。動物返回到強迫選擇訓練時進入過的臂則獲得食物獎賞(4粒食丸),記錄一次正確選擇;若動物進入另一臂,則沒有食物獎賞,并且將其限制在該臂內10秒,記錄一次錯誤選擇。

4)一次匹配訓練結束后將動物放回籠內5~10min(與此同時訓練其他動物),再重復下一次匹配訓練。每天8次。

動物連續兩天的正確選擇次數達到15/16,則認為達到標準,可以開始實驗。如動物經過30天訓練仍然達不到標準,則予以淘汰。

5)動物訓練達標后**,給予一次匹配訓練。所不同的是,強迫選擇訓練后,將T-形迷宮旋轉180度,再進行上述開放臂的訓練。這樣做的目的是評價動物是否為定位性操作(有賴于迷宮外信號)或反應性操作(不依賴迷宮外信號)。

6)接著兩天,每天給予10次匹配訓練,每次訓練間隔為60s,用以評價動物的工作記憶操作。記錄進入食物強化臂的次數和再次進入非強化臂的次數。后者被認為是工作記憶錯誤。正常健康年輕的大鼠幾乎每次均能準確操作。當操作穩定、且選擇準確率高(工作記憶錯誤少于10%)時,可進行**測試或腦區毀損后的操作實驗。

  2.T-形迷宮自主交替實驗(spontaneous altemation on a T-maze) 1925年,Tolman**報道了一個有趣的發現:在迷宮實驗中,大鼠極少重復進入迷宮的同一臂。大鼠以這種重復交替的方式探究周圍環境。因而,即使沒有食物獎賞,大鼠仍然保留對所探究區域有一定的新奇感。正常的交替操作與完整的工作記憶能力相一致。用藥理或解剖毀損的方法可改變這種交替操作行為。實驗方法如下:

(1)充分撫摸大鼠 每天1~2min,連續5~7d。由于大鼠沒有被剝奪進食,**對大鼠有驅動作用的是其探究迷宮的欲望。因此,動物必須對實驗者和實驗環境完全適應,沒有恐懼感。充分觸摸大鼠就顯得尤為重要。

(2)將大鼠放入T-形迷宮的主干臂;打開閘門,讓大鼠離開主干進入一個目標臂(四肢進入臂內)。

(3)將大鼠放回主干臂,限其在臂內一段時間(零倒數分鐘,但開始時設定5s比較合適)。

(4)將第2和第3步的操作重復9次,記錄進入每一臂的次數。對照大鼠在每一實驗間期(共10次訓練)內應交替選擇兩目標臂。實驗結果表述為同一實驗間期內交替次數除以總的選擇次數。當使用**或相關腦區毀損等方法減弱記憶力時,這個比率下降。

  • (三) 注意事項

1.大鼠和小鼠具有良好的空間辨別功能,能很快學會并準確操作迷宮。因此,T-形迷宮和放射臂迷宮均被廣泛用于測試動物的空間記憶能力。T-形迷宮用于研究不同腦區對空間記憶的影響。它對某些腦結構,尤其是海馬的毀損作用敏感。此外,許多**或**都可增強或削弱動物在T-形迷宮的空間記憶。實驗所用的動物除大鼠和小鼠外,還包括豬、羊、烏龜和鴿子等。

2.動物選擇的準確性與兩次選擇之間的間隔及每一訓練間期內的選擇訓練次數等有關。正常動物經短時間的間隔(例如5s),其選擇準確性非常高。而經過極長時間的間隔(例如超過1h),其選擇接近隨機性操作。強迫選擇訓練后。如只給一次目標臂選擇,準確性通常很高。但是,如給予多次選擇,則選擇次數越多,準確性越差。

3.嚙齒類動物有單向偏愛的特性。這種單向偏愛與動物種屬和品系有關。例如,C57BL/6J小鼠、ICR小鼠和Purdue-Wistar大鼠更偏愛左側,而Spague-Dawley大鼠和Wistar大鼠更偏愛右側。研究表明,超過2/3的雄性Spague-Dawley大鼠偏愛右側,而偏愛左側的不到1/5。這種單向偏愛可影響對動物學習記憶的評價。

4.主干臂的閘門是T-形迷宮的重要特征。它既可用于在兩次選擇之間將動物限制在起始箱內一定的時間,也可防止動物在兩次選擇訓練之間探究迷宮。因此,兩次選擇訓練之間應將動物迅速放回主干臂內的起始箱。這一點很重要,它可確保動物不會去探究對側目標臂。

5.當動物對迷宮或實驗者的應激恐懼超過其對探究和覓食的渴望程度時,動物對迷宮的探究減少,甚至呆在迷宮某處不動而不去探究迷宮。這種恐懼表現為動物在迷宮內排便和排尿;當抓它時,動物還會發出尖叫聲。因此,足夠的應激適應是必要的。否則,如果動物在迷宮內不進行臂的選擇,就無從得知它的記憶力是正常還是減弱。T迷宮-學習記憶的行為學研究方法(3)為經典的實驗,后續還會進一步介紹更多的迷宮實驗。

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